WO2023072463A1 - Rotor für eine fremderregte synchronmaschine - Google Patents

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WO2023072463A1
WO2023072463A1 PCT/EP2022/074679 EP2022074679W WO2023072463A1 WO 2023072463 A1 WO2023072463 A1 WO 2023072463A1 EP 2022074679 W EP2022074679 W EP 2022074679W WO 2023072463 A1 WO2023072463 A1 WO 2023072463A1
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WO
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rotor
synchronous machine
ring
secondary coil
rotary transformer
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/074679
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten GRELLE
Peter Kozlowski
Florian Osdoba
Penyo Topalov
Philipp Zimmerschied
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/51—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto applicable to rotors only
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F38/18—Rotary transformers
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    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the invention relates to a rotor for a separately excited synchronous machine according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an electrically separately excited synchronous machine with such a rotor.
  • So-called externally excited electrical synchronous machines require an electrical direct current in their rotor to generate the magnetic rotor field. This process is called "rotor excitation".
  • the electric rotary transformer rotor current is transferred to the rotating rotor using so-called carbon brush slip ring contacts.
  • the disadvantage of this is that the carbon brushes wear out due to wear, especially at high speeds, and can produce undesirable electrically conductive carbon dust.
  • the functional principle of said inductive energy transmission is based on an electrical transformer, with the primary coil of the transformer being arranged on the stator of the synchronous machine and the secondary coil on the rotating rotor. Since an electrical AC voltage is always initially generated in the secondary coil during inductive energy transmission, it is necessary to electrically rectify this AC voltage using a suitable rectifier circuit, which can also be arranged on the rotor, i.e. to convert it into an electrical DC voltage. In the case of synchronous machines known from the prior art, it is also known to arrange a rotary transformer outside of the synchronous machine and thus to make it both easily accessible and easy to manufacture.
  • the present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for a rotor for a separately excited synchronous machine of the generic type, in which the disadvantages known when the rotary transformer is arranged in the synchronous machine can be overcome.
  • the present invention is based on the general idea of installing a rotary transformer in a separately excited synchronous machine and thereby arranging a rotary transformer rotor on a balancing ring of the rotor, while a rotary transformer stator is arranged on the synchronous machine, for example on a housing of the same.
  • the rotor according to the invention for such a separately excited synchronous machine has a rotor shaft with rotor windings arranged thereon and a balancing ring to compensate for any imbalances that may be present.
  • a rectifier electrically connected to the rotor windings, which converts AC voltage from a rotary transformer to DC voltage.
  • a rotary transformer rotor of the rotary transformer is now arranged on the balancing ring with a secondary coil which projects away from the rotor windings in the axial direction of the balancing ring.
  • the balancing ring is thus part of the (synchronous machine) rotor, with a rotating secondary coil, ie the rotary transformer rotor, being part of the rotary transformer and being integrated into the rotor.
  • Such a rotor offers the great advantage that the rotary transformer rotor arranged on the balancing ring can be balanced comparatively easily with the secondary coil together with the rotor and at the same time the rotary transformer can be easily installed by plugging the secondary coil arranged on the rotor into a rotary transformer arranged on the synchronous machine -Stator is enabled.
  • the rotary transformer stator which usually has a transformer core, is arranged in a stationary manner on the synchronous machine, in particular on a housing thereof, and therefore does not rotate, which means that high rotor speeds are possible.
  • the balancing ring, the rectifier and the secondary coil form a prefabricated assembly.
  • the balancing ring together with the rectifier and the secondary coil as a prefabricated or prefabricated assembly, a final assembly process of the synchronous machine can be significantly streamlined, since the prefabrication of the assembly can be outsourced to a separate assembly process.
  • This prefabrication can thus, for example, run parallel to the prefabrication of the rotor, as a result of which the overall rotor production can be streamlined in terms of time.
  • Certain quality processes can also be run through in advance for the prefabricated assembly, as a result of which quality assurance can be improved.
  • the secondary coil, the rectifier and the balancing ring are expediently glued, welded, soldered, screwed, pressed, clipped and/or cast together, in particular cast in a common plastic matrix. Even this non-exhaustive list gives an idea of the diverse possibilities of connection technologies that are available. In particular, casting them together in a plastic material not only enables easy handling, but also protects the individual components, in particular the rectifier and the secondary coil, from dirt, for example.
  • the secondary coil has a coating and is electrically insulated from the environment by this coating, for example a plastic jacket.
  • a protected arrangement of the secondary coil below the coating is also possible as a result and, in addition, a comparatively narrow gap dimension between the rotary transformer rotor and the rotary transformer stator. Such a narrow gap allows the rotary transformer to be operated particularly efficiently.
  • the secondary coil is arranged in a ring shape around an axis of rotation of the hollow rotor shaft.
  • a ring-shaped design of the secondary coil around an axis of rotation of the hollow rotor shaft makes it possible to design the secondary coil as a hollow cylinder, for example, while a transformer core of a rotary transformer stator that interacts with it can also be ring-shaped with an axial open gap in which the secondary coil of the rotary transformer -Rotor can be inserted during assembly of the synchronous machine.
  • the ring-shaped secondary coil of the rotary transformer rotor protrudes in the axial direction from the balancing ring, for example, and can therefore be pushed comparatively easily into the opposite recess of the transformer core, which is open in the axial direction, during assembly of the electrically separately excited synchronous machine.
  • the rectifier is arranged radially inside the balancing ring and/or is supported on a radial step of the balancing ring or on an inner lateral surface of the balancing ring.
  • the end windings of the rotor windings are arranged on the end faces thereof, with the rectifier and the balancing ring forming a housing surrounding the end windings and at the same time electronic components, such as diodes, of the rectifier being arranged in a housing interior of this housing.
  • the rotor shaft is hollow and has a cooling duct for the passage of coolant, which is connected to the inside of the housing and thus also to the electronic components of the rectifier and the end windings of the rotor windings so that by conducting coolant through the cooling duct both the End windings of the rotor windings and the electronic component of the rectifier can be cooled.
  • the hollow rotor shaft not only enables cooling, but also saves resources and weight.
  • the present invention is also based on the general idea of equipping an externally excited synchronous machine with a rotor that can be electrically energized as described in the previous paragraphs and thereby achieving a comparatively simply constructed synchronous machine in which not only a comparatively simple balancing process of the rotor is possible, but also a reduced space requirement due to of installing the rotary transformer in the synchronous machine. Since the comparatively heavy transformer core with the primary coil in the synchronous machine according to the invention at the synchronous machine, for example, is arranged on a housing of the same or a bearing, this does not rotate, so that comparatively high speeds of the synchronous machine can be achieved.
  • the transformer core has a magnetic core material, preferably made of ferrite.
  • the synchronous machine can be designed as a traction motor of a motor vehicle.
  • the transformer core expediently has an inner ring, an outer ring and a stator web connecting the inner ring and the outer ring at one end each, with the primary coil of the rotary transformer stator being arranged in a recess on the inner ring of the transformer core and with an annular recess between the inner ring and the outer ring and a recess open in the axial direction is provided.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a rotor of an electrically separately excited synchronous machine according to the prior art
  • FIG. 2 shows a sectional view through a synchronous machine according to the invention during assembly of a rotor
  • Fig. 3 shows a representation as in Fig. 2, but in the assembled state
  • FIG. 4 shows a representation as in FIG. 3, but with a different embodiment.
  • a rotor T of an electrically separately excited synchronous machine 2 ′ which is otherwise not shown in detail, has rotor windings 3 ′, which are arranged on a hollow rotor shaft 4 ′. Also provided is a balancing ring 5' to compensate for any imbalances that may occur.
  • a rectifier 6' is also provided, which in this case is arranged for rotation on an outer lateral surface of the hollow rotor shaft 4'. The rectifier 6' is electrically connected to the rotor windings 3' on the one hand and to a rotary transformer 7' on the other hand.
  • the rotary transformer 7' in turn has a rotary transformer rotor 8' with a secondary coil 9' and a rotary transformer stator 10' with a primary coil 11'.
  • the rotary transformer stator 10' also has a transformer core 12' made of a magnetic core material, in particular a ferrite.
  • the magnetic core material or the transformer core 12' is arranged in a stationary manner.
  • the end windings 13' of the rotor windings 3' are also located at the end faces of the rotor windings 3'.
  • FIGS. 2 to 4 A rotor 1 according to the invention and a separately excited synchronous machine 2 according to the invention are therefore described in the following FIGS. 2 to 4, which no longer have the disadvantages known from the prior art.
  • the same reference numerals are used for individual components in FIGS. 2 to 4 as in FIG. 1, but without an apostrophe, in order to clearly distinguish between a rotor T according to the prior art and a rotor 1 according to the invention or a synchronous machine 2 according to the invention make possible.
  • the rotor 1 according to the invention shown in FIGS. 2 to 4 for a separately excited synchronous machine 2 also has a hollow rotor shaft 4 on which Rotor windings 3 are arranged. Furthermore, a balancing device 5 is also provided for compensating for any imbalances of the rotor 1 that may be present.
  • a rectifier 6 is provided, which is connected to both the rotary transformer 7 and the secondary coil 9 of the rotary transformer rotor 8 of the rotary transformer 7 , as well as with the rotor windings 3 or their end windings 13.
  • the previously described rotary transformer ator rotor 8 of the rotary transformer 7 is now on the balancing 5 with a secondary coil 9 which projects in the axial direction 14 from the balancing 5 .
  • the balancing device 5, the rectifier 6 and also the secondary coil 9 can form a prefabricated or prefabricated subassembly which can be mounted on the rotor 1 in the prefabricated state.
  • the secondary coil 9, the rectifier 6 and the balancing device 5 can, for example, be glued, soldered, welded, screwed, pressed, clipped and/or cast together, in particular cast into a plastic matrix.
  • the last variant, in particular, enables the previously mentioned components 5, 6 and 9 to be arranged protected under a plastic film or casing, and this assembly group consisting of at least the components 5, 6 and 9 to be handled easily.
  • the great advantage of such an assembly is that it can be prefabricated separately from the rotor, for example in parallel, which means that the assembly and manufacturing process of the rotor 1 according to the invention can be streamlined overall, i.e. shortened, if the secondary coil 9 is encased in a plastic matrix it is coated with plastic and is therefore electrically insulated from the environment.
  • the synchronous machine 2 according to the invention has the aforementioned rotary transformer stator 10 (see FIGS. 2 to 4) with a primary coil 11 and a transformer core 12, which is usually made of a magnetic core material, preferably a ferrite.
  • the transformer core 12 is arranged in a stationary manner, ie it does not rotate during operation of the synchronous machine 2, as a result of which the rotor 1 of the synchronous machine 2 according to the invention can achieve significantly higher speeds.
  • the transformer core 12 has an inner ring 15, an outer ring 16 and a stator bar 17 connecting the inner ring 15 and the outer ring 16 on one end side, with the primary coil 11 in a recess 18 on the inner ring 15 is arranged (see. Fig. 2 and 3).
  • an arrangement of the primary coil 11 in a recess 18' of the outer ring 16 is also conceivable, as shown in FIG.
  • the synchronous machine 2 can be designed as a traction motor of a motor vehicle.
  • the primary coil 11 and the secondary coil 9 lie directly opposite one another, while they are still separated by a carrier web 27 according to FIG. Since a magnetic flux closes via the ferrite core (transformer core 12), the carrier web 27 does not interfere, provided that it is made of a non-magnetic and electrically non-conductive material.
  • the carrier web 27 is able to support the secondary coil 9 since high centrifugal forces can act on it during operation. Due to the comparatively small distance between the rotating secondary coil 9 in FIG. 4 and the axis of rotation 30, only smaller centrifugal forces act on the secondary coil 9 in the embodiment according to FIG is reachable.
  • annular recess 19 is arranged between the inner ring 15 and the outer ring 16, in which the annular secondary coil 9 of the rotary transformer rotor 8 engages.
  • the secondary coil 9 protruding in the axial direction 14 from the rotor windings 3 or the balancing ring 5 can be pushed into the recess 19 of the transformer core 12 in the insertion direction 20 during the assembly process, as shown in FIG. 2, and the rotary transformer 7 can thereby be produced .
  • the transformer core 12 or the rotary transformer stator 10 can be arranged, for example, on a housing 21 of the synchronous machine 2 but also on a bearing flange 28 .
  • the embodiment according to the invention also has the advantage that the rotary transformer 7 has (almost) no rotating ferrite material despite the radial arrangement/construction, and the rotating secondary coil 9 contains (almost) no ferrite material.
  • the figures only indicate a piece of (rotating) ferrite core in the area of the secondary coil 9, which serves to reduce an air gap and thereby reduce the leakage inductance and increase the efficiency of the rotary transformer 7.
  • the ferrite core is also (primarily) designed as a fixed, stationary ferrite core, which results in a minimization of the rotating ferrite material. Due to the poor mechanical properties (brittle, low speed stability) of the ferrite material, higher speeds can be achieved with this structure than with a structure with a rotating ferrite core/ferrite material.
  • the rectifier 6 is arranged radially inside the balancing ring 5 and is supported on this or on an inner lateral surface 22 of the balancing ring 5 (cf. FIGS. 2 and 3). .
  • the rectifier 6 is supported on a radial step 23 of the balancing ring 5, as shown in FIG. 4, whereby the rectifier 6 can be held in a form-fitting manner both in the radial direction and in the axial direction 14.
  • the rotor 1 or its rotor windings 3 also have end windings 13, with the balancing ring 5 encompassing the end windings 13 on an outer lateral surface and on an axial end face, as is shown in FIGS. 2 to 4.
  • the rectifier 6 and the balancing ring 5 form a housing surrounding the end windings 13 (see FIG. 4), with electronic components 24 of the rectifier 6, such as diodes, being arranged in a housing interior 25. This allows the electronic components 24 to be arranged in a protected manner.
  • the rotor shaft 4 can also be hollow and have a cooling duct 26 for conducting coolant, with this cooling duct 26 being connected to the housing interior 25 in a communicating manner.
  • the rectifier 6 with its printed circuit board is preferably connected in a fluid-tight manner to an outer lateral surface of the rotor shaft 4, as a result of which the housing interior 25 is only accessible via the cooling duct 26.
  • the assembly consisting of balancing ring 5, secondary coil 7 and rectifier s is tightly connected on the one hand to the outer lateral surface of rotor shaft 4 and on the other hand to an end face of rotor windings 3, for example glued.
  • the balancing ring 5 can also have the ring-shaped support web 27 which is formed in one piece with the balancing ring 5 and on which the secondary coil 9 is fixed with its windings. According to FIG.
  • the rotor shaft 4 of the rotor 1 is mounted on the housing 21 via the bearing flange 28 and a bearing 29 arranged there.
  • a stator 31 of the synchronous machine 2 Surrounding the rotor 1 is a stator 31 of the synchronous machine 2 with corresponding stator windings, as shown in FIGS.
  • the rotor T of the synchronous machine 2' usually has two so-called balancing shields or balancing rings 5' at both ends, which are made of a comparatively heavy material, in particular steel, with a large diameter (relative to the axis of rotation 30' ) are arranged.
  • the rotor T is picked up at the bearing seats, rotated and the imbalance that occurs at a predefined speed is determined.
  • the rotor T is then balanced by means of balancing bores (removal of material) or gluing in balancing weights (addition of material).
  • the rotating secondary coil 9 of the rotary transformer rotor 8 is part of the rotor 1 according to the invention or is integrated into it, both components can be balanced in a common balancing process, resulting in lower process times and costs. This is particularly useful for the reason that in the interior of the rotary transformer 7 (and thus directly on the secondary coil 9) no magnetically or electrically conductive material can be used due to shielding effects to be avoided.
  • the secondary coil 9 itself has copper with a significantly higher density than the corresponding carrier material (plastic, plastic composite material, etc.), as a result of which the balancing of the rotary transformer rotor 8 is complex.
  • the transformer core 12 Since the transformer core 12 is arranged in a stationary manner on the synchronous machine 2, for example on its housing 21, the rotor 1 can also reach high speeds.

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische fremderregte Synchronmaschine (2), - mit auf einer Rotorwelle (4) angeordneten Rotorwicklungen (3), - mit einem Auswuchtring (5), - mit einem mit den Rotorwicklungen (3) elektrisch verbundenen Gleichrichter (6). Um eine vereinfachte Montage und ein vereinfachtes Auswuchten erreichen zu können, ist an dem Auswuchtring (5) ein Drehtransformator-Rotor (8) eines Drehtransformators (7) mit einer Sekundärspule (9) angeordnet ist, die in Axialrichtung (14) von dem Auswuchtring (5) absteht.

Description

Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische fremderregte Synchronmaschine mit einem solchen Rotor.
Sogenannte fremderregte elektrische Synchronmaschinen benötigen in ihrem Rotor einen elektrischen Gleichstrom zur Erzeugung des magnetischen Rotorfeldes. Dieser Vorgang wird als "Rotorerregung" bezeichnet. Bei herkömmlichen Synchronmaschinen wird der elektrische Drehtransformator-Rotorstrom mithilfe sogenannter Kohlebürste-Schleifring-Kontakte auf den sich drehenden Rotor übertragen. Als nachteilig daran erweist sich, dass sich die Kohlebürsten gerade bei hohen Drehzahlen verschleißbedingt abnutzen und dabei unerwünschten elektrisch leitenden Kohlestaub erzeugen können.
Alternativ zu einer solchen Übertragung des elektrischen Gleichstroms mit Hilfe von Schleifringen ist es bekannt, die elektrische Strom Übertragung auf den sich drehenden Rotor induktiv, also drahtlos, zu realisieren. Ein solcher Aufbau wird als Teil einer fremderregten Synchronmaschine auch als "Drehtransformator" oder "rotierender Planartransformator" bezeichnet.
Das Funktionsprinzip besagter induktiver Energieübertragung basiert auf einem elektrischen Transformator, wobei die Primärspule des Transformators am Stator des der Synchronmaschine angeordnet ist und die Sekundärspule am sich drehenden Rotor. Da bei der induktiven Energieübertragung in der Sekundärspule zunächst immer eine elektrische Wechselspannung erzeugt wird, ist es erforderlich, diese Wechselspannung mithilfe einer geeigneten Gleichrichter-Schaltung, die ebenfalls am Rotor angeordnet sein kann, elektrisch gleichzurichten, also in eine elektrische Gleichspannung umzuwandeln. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Synchronmaschinen ist es auch bekannt, einen Drehtransformator außerhalb der Synchronmaschine anzuordnen und dadurch sowohl leicht zugänglich als auch leicht herstellbar auszubilden. Bei einer Anordnung des Drehtransformators außerhalb der fremderregten Synchronmaschine ist es möglich, den Drehtransformator schrittweise aufzubauen, nämlich einerseits einen Drehtransformator-Rotor und andererseits einen Drehtransforma- tor-Stator. Nachteilig bei einer derartigen Konstruktion ist jedoch der vergleichsweise große Bauraumbedarf des Drehtransformators außerhalb der Synchronmaschine. Aus diesem Grund gibt es auch Überlegungen, den Drehtransformator in die Synchronmaschine einzubauen, was jedoch nicht oder nur schwer zu realisieren ist, da hier eine schrittweise Montage, wie bei einem außerhalb der Synchronmaschine angeordneten Drehtransformator, nicht möglich ist. Zugleich wird auch ein Auswuchten eines Rotors der Synchronmaschine deutlich schwieriger, da der Drehtransformator nicht zusammen mit dem Rotor ausgewuchtet werden kann. Zudem entstehen bei einem Einbau des Drehtransformators in die Synchronmaschine eine hohe Anzahl an Schnittstellen, was ebenfalls von Nachteil ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, bei welcher die bei einer Anordnung des Drehtransformators in die Synchronmaschine bekannten Nachteile überwunden werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Drehtransformator einer fremderregten Synchronmaschine in diese einzubauen und dabei einen Drehtransformator-Rotor an einem Auswuchtring des Rotors anzuordnen, während ein Drehtransformator-Stator an der Synchronmaschine, beispielsweise an einem Gehäuse derselben angeordnet ist. Der erfindungsgemäße Rotor für eine solche fremderregte Synchronmaschine besitzt eine Rotorwelle mit darauf angeordneten Rotorwicklungen sowie einen Auswuchtring zur Kompensation von gegebenenfalls vorhandenen Unwuchten. Ebenfalls vorgesehen ist ein mit den Rotorwicklungen elektrisch verbundener Gleichrichter, der die von einem Drehtransformator stammenden Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt. Erfindungsgemäß ist nun an dem Auswuchtring ein Drehtransformator-Rotor des Drehtransformators mit einer Sekundärspule angeordnet, die in Axialrichtung von dem Auswuchtring weg von den Rotorwicklungen absteht. Der Auswuchtring ist somit Teil des (Synchronmaschinen-) Rotors, wobei eine rotierende Sekundärspule, das heißt der Drehtransformator-Rotor Teil des Drehtransformators und in den Rotor integriert ist. Ein derartiger Rotor bietet den großen Vorteil, dass der am Auswuchtring angeordnete Drehtransformator-Rotor mit der Sekundärspule zusammen mit dem Rotor vergleichsweise einfach ausgewuchtet werden kann und zugleich eine einfache Montage des Drehtransformators durch ein Einstecken der am Rotor angeordneten Sekundärspule in einen an der Synchronmaschine angeordneten Drehtransformator-Stator ermöglicht wird. Hierdurch ist auch eine separate Vormontage sowohl des Drehtransformator-Rotors als auch des Drehtransfor- mator-Stators möglich. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, dass der üblicherweise einen Transformatorkern aufweisenden Drehtransformator-Stator stationär an der Synchronmaschine, insbesondere an einem Gehäuse derselben, angeordnet ist und dadurch nicht mit dreht, wodurch hohe Drehzahlen des Rotors möglich sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors bilden der Auswuchtring, der Gleichrichter und die Sekundärspule eine vorgefertigte Baugruppe. Hierdurch ist es möglich, den Auswuchtring, den Gleichrichter sowie die Sekundärspule in einem separaten Vorfertigungsprozess herzustellen und zu montieren und nach dem Fügen mit dem Rotor lediglich noch geringe Anpassungen am Auswuchtring bezüglich dann eventuell noch bestehender Unwuchten vorzunehmen. Durch die Ausbildung des Auswuchtrings zusammen mit dem Gleichrichter und der Sekundärspule als vorfertigbare bzw. vorgefertigte Baugruppe kann ein Endmontageprozess der Synchronmaschine deutlich gestrafft werden, da die Vorfertigung der Baugruppe in einen separaten Montageprozess ausgelagert werden kann. Diese Vorfertigung kann somit beispielsweise parallel zur Vorfertigung des Rotors laufen, wodurch die Rotorfertigung insgesamt zeitlich gestrafft werden kann. Auch können bereits für die vorgefertigte Baugruppe bestimmte Qualitätsprozesses vorab durchlaufen werden, wodurch die Qualitätssicherung verbessert werden kann.
Zweckmäßig sind die Sekundärspule, der Gleichrichter und der Auswuchtring miteinander verklebt, verschweißt, verlötet, verschraubt, verpresst, verclipst und/oder miteinander vergossen, insbesondere in einer gemeinsamen Kunststoffmatrix eingegossen. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welche mannigfaltige Möglichkeiten der Verbindungstechniken zur Verfügung stehen, wobei insbesondere ein gemeinsames Eingießen in einen Kunststoff nicht nur eine leichte Handhabung ermöglicht, sondern die einzelnen Komponenten, insbesondere den Gleichrichter und die Sekundärspule, geschützt vor beispielsweise Schmutz unterbringt. Für eine bessere Wartungsmöglichkeit ist beispielsweise ein Verschrauben oder Verclipsen der einzelnen Komponenten miteinander denkbar, so dass beispielsweise bei einem schadhaften Gleichrichter dieser von der Sekundärspule bzw. dem Auswuchtring vergleichsweise einfach demontiert und anschließend ein neuer Gleichrichter montiert und dann die gesamte Baugruppe unter Wiederverwendung des bisherigen Auswuchtrings und der bisherigen Sekundärspule weiterverwendet werden kann. Ein miteinander Verclipsen ermöglicht zudem auch eine vergleichsweise einfache und schnelle Montage der Baugruppe, selbst von ungeübten Werkern oder automatisch, das heißt maschinell, ähnlich beispielsweise einem Verschrauben. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors weist die Sekundärspule eine Beschichtung auf und ist über diese Beschichtung, beispielsweise einem Kunststoffmantel, gegenüber einer Umgebung elektrisch isoliert. Hierdurch ist ebenfalls eine geschützte Anordnung der Sekundärspule unterhalb der Beschichtung möglich und darüber hinaus ein vergleichsweise enges Spaltmaß zwischen Drehtransformator-Rotor und Drehtransformator-Stator. Durch ein derartiges enges Spaltmaß kann der Drehtransformator besonders effizient betrieben werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist die Sekundärspule ringförmig um eine Drehachse der hohlen Rotorwelle angeordnet. Eine derartige ringförmige Ausbildung der Sekundärspule um eine Drehachse der hohlen Rotorwelle ermöglicht es, die Sekundärspule beispielsweise als Hohlzylinder auszubilden, während ein damit zusammenwirkender Transformatorkern eines Drehtransformator-Stators ebenfalls ringförmig mit einem axialen offenen Spalt ausgeführt sein kann, in welchem die Sekundärspule des Drehtransfor- mator-Rotors beim Zusammenbau der Synchronmaschine einschiebbar ist. Die ringförmige Sekundärspule des Drehtransformator-Rotors steht dabei in Axialrichtung von beispielsweise dem Auswuchtring ab, und kann dadurch beim Zusammenbau der elektrisch fremderregten Synchronmaschine vergleichsweise einfach in die gegenüberliegende und in Axialrichtung offene Ausnehmung des Transformatorkerns eingeschoben werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Gleichrichter radial innerhalb des Auswuchtrings angeordnet und/oder stützt sich an einer Radialstufe des Auswuchtrings oder einer Innenmantelfläche des Auswuchtrings ab. Durch eine Abstützung des Gleichrichters am Auswuchtring können die auf den Gleichrichter im Betrieb der elektrisch fremderregten Synchronma- schine auftretenden Kräfte, insbesondere Fliehkräfte, besser aufgenommen werden, als beispielsweise allein über eine Verbindungstechnik, wie beispielsweise ein Verkleben. Das Verkleben würde in dem zuvor genannten Fall lediglich eine Axialverschiebung zwischen Gleichrichter und Auswuchtring verhindern, während die Kompensation der beim Betrieb der Synchronmaschine auftretenden Fliehkräfte über den dem Gleichrichter abstützenden Auswuchtring bewirkt wird.
Zweckmäßig sind stirnendseitig der Rotorwicklungen Endwicklungen derselben angeordnet, wobei der Gleichrichter und der Auswuchtring ein die Endwicklungen umgebendes Gehäuse bilden und zugleich Elektronikkomponenten, wie beispielsweise Dioden, des Gleichrichters in einem Gehäuseinneren dieses Gehäuses angeordnet sind. Die Rotorwelle ist dabei hohl ausgebildet und weist einen Kühlkanal zum Durchleiten von Kühlmittel auf, der kommunizierend mit dem Gehäuseinneren und damit auch kommunizierend mit den Elektronikkomponenten des Gleichrichters und den Endwicklungen der Rotorwicklungen verbunden ist, so dass durch ein Durchleiten von Kühlmittel durch den Kühlkanal sowohl die Endwicklungen der Rotorwicklungen als auch die Elektronikkomponente des Gleichrichters kühlbar sind. Hierdurch ist eine deutlich erhöhte Leistungsfähigkeit der Synchronmaschine möglich. Durch die hohle Rotorwelle kann zudem nicht nur eine Kühlung bewirkt werden, sondern es werden auch Ressourcen und Gewicht eingespart.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine fremderregte Synchronmaschine mit einem in den vorherigen Absätzen elektrisch bestrombaren Rotor auszustatten und dadurch eine vergleichsweise einfach aufgebaute Synchronmaschine zu erreichen, bei der nicht nur ein vergleichsweise einfacher Auswuchtvorgang des Rotors, sondern auch ein reduzierter Bauraumbedarf aufgrund des Einbaus des Drehtransformators in die Synchronmaschine erreicht werden kann. Da der vergleichsweise schwere Transformatorkern mit der Primärspule bei der erfindungsgemäßen Synchronmaschine an der Synchronma- schine, beispielsweise an einem Gehäuse derselben oder einem Lager angeordnet ist, dreht dieser nicht mit, wodurch vergleichsweise hohe Drehzahlen der Synchronmaschine erreicht werden können. Der Transform atorkern weist dabei ein magnetisches Kernmaterial, vorzugsweise aus einem Ferrit, auf.
Die Synchronmaschine kann als Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
Zweckmäßig weist der Transformatorkern einen Innenring, einen Außenring und einen den Innenring und den Außenring jeweils an einer Stirnseite verbindenden Statorsteg auf, wobei die Primärspule des Drehtransformator-Stators in einer Vertiefung am Innenring des Transformatorkerns angeordnet ist und wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring eine ringförmige und in Axialrichtung offene Ausnehmung vorgesehen ist. Durch eine derartige Ausgestaltung lässt sich insbesondere eine vergleichsweise einfache Montage des Rotors am Stator der Synchronmaschine durch ein einfaches axiales Verschieben des Rotors, bei welchem die Sekundärspule des Drehtransformator-Rotors in die Ausnehmung des Drehtransformator-Stators eingeschoben wird, erreichen.
Die vereinfachte Montage bei einem hochintegrierten Drehtransformator, bzw. bei einer Integration des Drehtransformators in den Innenraum der Synchronmaschine, ergibt sich auch dadurch, dass die Sekundärspule bei der Rotormontage einfach „eingeschoben“ werden kann. Hieraus resultiert eine Verringerung der Anzahl an Montageschritten (bei der Endmontage), wobei zugleich eine Montage bei einer Anordnung in einem Innenraum der Synchronmaschine ermöglicht wird. Auch ist kein zweiteiliger Kem nötig, bzw. der Kem kann vollständig an der Innenseite des Lagerschilds angeordnet werden. Diese Ausführung hat weiter den Vorteil, dass der Drehtransformator trotz der radialen Anordnung/Bauweise (nahezu) kein rotierendes Ferritmaterial besitzt / benötigt, bzw. die rotierende Sekun- därwicklung/Sekundärspule (nahezu) kein Ferritmaterial enthält. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung durch einen Rotor einer elektrisch fremderregten Synchronmaschine entsprechend dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Synchronmaschine während einer Montage eines Rotors,
Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch in montiertem Zustand,
Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 3, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend der Fig. 1 , weist ein Rotor T einer im Übrigen nicht näher gezeigten elektrisch fremderregten Synchronmaschine 2', Rotorwicklungen 3' auf, die auf einer hohlen Rotorwelle 4' angeordnet sind. Ebenfalls vorgesehen ist ein Auswuchtring 5' zur Kompensation von gegebenenfalls auftretenden Unwuchten. Um einen Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln zu können, ist darüber hinaus ein Gleichrichter 6' vorgesehen, der in diesem Fall drehtest auf einer Außenmantelfläche der hohlen Rotorwelle 4' angeordnet ist. Der Gleichrichter 6' ist dabei einerseits elektrisch mit den Rotorwicklungen 3' und andererseits mit einem Drehtransformator 7' verbunden. Der Drehtransformator 7' wiederum besitzt einen Drehtransform ator-Rotor 8' mit einer Sekundärspule 9' sowie einen Drehtransformator- Stator 10' mit einer Primärspule 11'. Der Drehtransformator-Stator 10' besitzt darüber hinaus einen Transformatorkern 12' aus einem magnetischen Kernmaterial, insbesondere aus einem Ferrit. Das magnetische Kernmaterial bzw. der Transformatorkern 12' ist stationär angeordnet. Stirnendseitig der Rotorwicklungen 3' befinden sich noch die Endwicklungen 13' der Rotorwicklungen 3'.
Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Rotor T bzw. einer mit einem derartigen Rotor T ausgestatteten fremderregten Synchronmaschine 2' ist dabei, dass sowohl ein Zusammenbau der Synchronmaschine 2' als auch ein Auswuchten des Rotors T äußerst schwierig sind. Dies liegt insbesondere daran, dass der Drehtransformator 7' nicht zusammen mit dem Rotor T ausgewuchtet werden kann. Darüber hinaus gibt es auch eine hohe Anzahl an Schnittstellen.
In den nachfolgenden Fig. 2 bis 4 werden deshalb ein erfindungsgemäßer Rotor 1 und eine erfindungsgemäße fremderregte Synchronmaschine 2 beschrieben, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr aufweisen. Dabei werden für einzelne Komponenten in den Fig. 2 bis 4 dieselben Bezugszeichen verwendet wie in der Fig. 1 jedoch ohne Apostroph, um eine eindeutige Unterscheidung zwischen einem Rotor T entsprechend dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen Rotor 1 bzw. einer erfindungsgemäßen Synchronmaschine 2 zu ermöglichen.
Der in den Fig. 2 bis 4 dargestellte erfindungsgemäße Rotor 1 für eine fremderregte Synchronmaschine 2 besitzt dabei ebenfalls eine hohle Rotorwelle 4, auf der Rotorwicklungen 3 angeordnet sind. Des Weiteren vorgesehen ist auch ein Auswuchtung 5 zum Kompensieren eventuell vorhandener Unwuchten des Rotors 1 . Um einen von dem Drehtransformator 7 bereitgestellten Wechselstrom zur Erzeugung eines Magnetfeldes in den Rotorwicklungen 3 in einen Gleichstrom umwandeln zu können, ist ein Gleichrichter 6 vorgesehen, der sowohl mit dem Drehtransformator 7 bzw. der Sekundärspule 9 des Drehtransformator-Rotors 8 des Drehtransformators 7 verbunden ist, als auch mit den Rotorwicklungen 3 bzw. deren Endwicklungen 13.
Erfindungsgemäß ist nun an dem Auswuchtung 5 der zuvor beschriebene Drehtransform ator-Rotor 8 des Drehtransformators 7 mit einer Sekundärspule 9 angeordnet, die in Axialrichtung 14 von dem Auswuchtung 5 absteht.
Der Auswuchtung 5, der Gleichrichter 6 und auch die Sekundärspule 9 können dabei eine vorfertigbare bzw. vorgefertigte Baugruppe bilden, welche in vorgefertigtem Zustand am Rotor 1 montierbar ist. Die Sekundärspule 9, der Gleichrichter 6 sowie der Auswuchtung 5 können dabei beispielsweise miteinander verklebt, verlötet, verschweißt, verschraubt, verpresst, verclipst und/oder miteinander vergossen, insbesondere in eine Kunststoffmatrix eingegossen sein. Besonders die letzte Variante ermöglicht eine unter einem Kunststofffilm bzw. Mantel geschützte Anordnung der zuvor erwähnten Komponenten 5, 6 und 9 sowie ein einfaches Handling dieser aus zumindest den Komponenten 5, 6 und 9 bestehenden Baugruppe. Der große Vorteil einer derartigen Baugruppe ist, dass diese separat zum Rotor, beispielsweise parallel, vorgefertigt werden kann, wodurch der Montage- und Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Rotors 1 insgesamt gestrafft, das heißt gekürzt, werden kann, bei einer Einmantelung der Sekundärspule 9 in eine Kunststoffmatrix ist diese mit Kunststoff beschichtet und dadurch elektrisch zur Umgebung isoliert. Die erfindungsgemäße Synchronmaschine 2 besitzt den zuvor erwähnten Drehtransform ator-Stator 10 (vgl. die Fig. 2 bis 4) mit einer Primärspule 11 und einem Transformatorkern 12, der üblicherweise aus einem magnetischen Kernmaterial, vorzugsweise aus einem Ferrit, ausgebildet ist. Der Transformatorkern 12 ist dabei stationär angeordnet, das heißt er rotiert im Betrieb der Synchronmaschine 2 nicht, wodurch der Rotor 1 der erfindungsgemäßen Synchronmaschine 2 deutlich höhere Drehzahlen erreichen kann.
Betrachtet man den Transformatorkern 12 näher, so kann man erkennen, dass dieser einen Innenring 15, einen Außenring 16 sowie einen den Innenring 15 und den Außenring 16 jeweils an einer Stirnseite verbindenden Statorsteg 17 aufweist, wobei die Primärspule 11 in einer Vertiefung 18 am Innenring 15 angeordnet ist (vgl. Fig. 2 und 3). Alternativ ist selbstverständlich auch eine Anordnung der Primärspule 11 in einer Vertiefung 18' des Außenrings 16 denkbar, wie dies gemäß der Fig. 4 dargestellt ist.
Die Synchronmaschine 2 kann als Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
Gemäß den Fig. 1 bis 3 liegen sich Primärspule 11 und die Sekundärspule 9 direkt gegenüber, während sie gemäß der Fig. 4 noch durch einen Trägersteg 27 getrennt sind. Da sich ein Magnetfluss über den Ferritkern (Transformatorkern 12) schließt, stört der Trägersteg 27 nicht, sofern dieser aus einem nicht magnetischen und elektrisch nicht leitendendem Material ausgebildet ist. Der Trägersteg 27 ist dabei in der Lage die Sekundärspule 9 abzustützen, da auf diese im Betrieb hohe Fliehkräfte einwirken können. Aufgrund des vergleichsweise kleinen Abstands der rotierenden Sekundärspule 9 in Fig. 4 von der Drehachse 30 wirken bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 4 auch nur kleinere Fliehkräfte auf die Sekundärspule 9 ein, wodurch neben der Abstützung der Sekundärspule 9 durch den Trägersteg 27 eine höhere Drehzahlfestigkeit erreichbar ist. Zwischen dem Innenring 15 und dem Außenring 16 ist darüber hinaus eine ringförmige Ausnehmung 19 angeordnet, in welche die ringförmige Sekundärspule 9 des Drehtransformator-Rotors 8 eingreift. Die in Axialrichtung 14 von den Rotorwicklungen 3 bzw. dem Auswuchtring 5 abstehende Sekundärspule 9 kann dabei während des Montageprozesses, wie dies gemäß der Fig. 2 dargestellt ist, in Einschubrichtung 20 in die Ausnehmung 19 des Transformatorkerns 12 eingeschoben und dadurch der Drehtransformator 7 hergestellt werden. Hierdurch ist ein vergleichsweise einfacher Einbau des Rotors 1 in die Synchronmaschine 2 möglich. Der Transform atorkern 12 bzw. der Drehtransformator-Stator 10 kann dabei beispielsweise an einem Gehäuse 21 der Synchronmaschine 2 aber auch an einem Lagerflansch 28 angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Ausführung hat weiter den Vorteil, dass der Drehtransformator 7 trotz der radialen Anordnung/Bauweise (nahezu) kein rotierendes Ferritmaterial besitzt / benötigt, bzw. die rotierende Sekundärspule 9 (nahezu) kein Ferritmaterial enthält. In den Figuren ist lediglich ein Stück (rotierender) Ferritkern im Bereich der Sekundärspule 9, angedeutet, welcher dazu dient, einen Luftspalt zu verkleinern und dadurch die Streuinduktivität zu verringern und die Effizienz des Drehtransformators 7 zu erhöhen. Der Ferritkern ist weiterhin (primär) als feststehender, stationärer Ferritkern ausgeführt, wodurch sich eine Minimierung des rotierenden Ferritmaterial ergibt. Aufgrund der schlechten mechanischen Eigenschaften (spröde, geringe Drehzahlfestigkeit) des Ferritmaterials lassen sich mit diesem Aufbau höhere Drehzahlen realisieren als mit einem Aufbau, mit rotierendem Ferritkern / Ferritmaterial.
Betrachtet man die Fig. 2 bis 4 weiter, so kann man erkennen, dass der Gleichrichter 6 radial innerhalb des Auswuchtrings 5 angeordnet ist und sich an diesem bzw. an einer Innenmantelfläche 22 des Auswuchtrings 5 abstützt (vgl. die Fig. 2 und 3). Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass sich der Gleichrichter 6 an einer Radialstufe 23 des Auswuchtrings 5 abstützt, wie dies gemäß der Fig. 4 gezeigt ist, wodurch der Gleichrichter 6 sowohl in Radialrichtung als auch in Axialrichtung 14 formschlüssig gehalten werden kann.
Der Rotor 1 bzw. dessen Rotorwicklungen 3 besitzen darüber hinaus Endwicklungen 13, wobei der Auswuchtring 5 die Endwicklungen 13 an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite umgreift, wie dies gemäß den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist. Rein theoretisch ist dabei auch denkbar, dass der Gleichrichter 6 und der Auswuchtring 5 ein die Endwicklungen 13 umgebendes Gehäuse bilden (vgl. Fig. 4) wobei Elektronikkomponenten 24 des Gleichrichters 6, wie beispielsweise Dioden, in einem Gehäuseinneren 25 angeordnet sind. Hierdurch ist eine geschützte Anordnung der Elektronikkomponenten 24 möglich. Die Rotorwelle 4 kann darüber hinaus hohl ausgebildet sein und einen Kühlkanal 26 zum Durchleiten von Kühlmittel aufweisen, wobei dieser Kühlkanal 26 kommunizierend mit dem Gehäuseinneren 25 verbunden ist. Hierdurch ist eine Kühlung sowohl der im Gehäuseinneren 25 angeordneten Endwicklungen 13 der Rotorwicklungen 3 als auch der Elektronikkomponenten 24 des Gleichrichters 6 möglich, wodurch insgesamt eine Leistungssteigerung der erfindungsgemäßen Synchronmaschine 2 erreicht werden kann.
Um die Kühlung des Gehäuseinneren 25 sowie der darin angeordneten Komponenten 13 und 24 zu ermöglichen, ist der Gleichrichter 6 mit seiner Leiterplatine vorzugsweise fluiddicht mit einer Außenmantelfläche der Rotorwelle 4 verbunden, wodurch das Gehäuseinnere 25 lediglich über den Kühlkanal 26 zugänglich ist. In diesem Fall ist die aus Auswuchtring 5, Sekundärspule 7 und Gleichrichter s bestehende Baugruppe einerseits mit der Außenmantelfläche der Rotorwelle 4 und andererseits mit einer Stirnseite der Rotorwicklungen 3 dicht verbunden, beispielsweise verklebt. Der Auswuchtring 5 kann dabei auch den ringförmigen Trägersteg 27 aufweisen, der einstückig mit dem Auswuchtring 5 ausgebildet ist und an welchem die Sekundärspule 9 mit ihren Windungen festgelegt ist. Gemäß der Fig. 4 ist dabei die Rotorwelle 4 des Rotors 1 am Gehäuse 21 über den Lagerflansch 28 und ein dort angeordnetes Lager 29 gelagert. Den Rotor 1 umgebend ist dabei ein Stator 31 der Synchronmaschine 2 mit entsprechenden Statorwicklungen angeordnet, wie dies gemäß den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 und der erfindungsgemäßen Synchronmaschine 2 ist eine horizontale und axiale Anordnung sowohl der Sekundärspule 9 als auch der Primärspule 11 um eine Drehachse 30 des Rotors 1 möglich, ebenso wie eine Integration der Sekundärspule 9 in den Auswuchtring 5. Durch den Einbau bzw. die Integration der Primärspule 11 und des Transform atorkerns 12 in das Gehäuse 21 bzw. den Lagerflansch 28 der Synchronmaschine 2 kann ein deutlich vereinfachter Zusammenbau der Synchronmaschine 2 bei gleichzeitig kurzer Umlaufzeit in der Produktion erreicht werden. Zugleich ist auch ein einfacher Auswuchtvorgang zusammen mit dem Rotor 1 möglich.
Ein solcher Auswuchtvorgang funktionierte dabei bislang folgt: Üblicherweise besitzt der Rotor T der Synchronmaschine 2' zwei sogenannte Wuchtschilder bzw. Auswuchtringe 5' an beiden Enden, die aus einem vergleichsweise schweren Material, insbesondere Stahl, auf einem großen Durchmesser (bezogen auf die Drehachse 30') angeordnet sind. Der Rotor T wird an den Lagersitzen aufgenommen, gedreht und die bei einer vordefinierten Drehzahl auftretende Unwucht ermittelt. Anschließend wird der Rotor T durch Wuchtbohrungen (Wegnahme an Material) oder Einkleben von Wuchtgewichten (Zugabe von Material) ausgewuchtet
Da die rotierende Sekundärspule 9 des Drehtransformator-Rotors 8 ein Teil des erfindungsgemäßen Rotors 1 ist, bzw. in diesen integriert ist, können beide Bauteile in einem gemeinsamen Wuchtprozess ausgewuchtet werden, woraus sich geringere Prozesszeiten und Kosten ergeben. Dies ist speziell auch aus dem Grund sinnvoll, da im Innenraum des Drehtransformators 7 (und somit direkt an der Sekundärspule 9) aufgrund von zu vermeidenden Abschirmeffekten kein magnetisch oder elektrisch leitendes Material eingesetzt werden kann. Gleichzeitig besitzt die Sekundärspule 9 selbst Kupfer mit einer deutlich höheren Dichte, als das entsprechende Trägermaterial (Kunststoff, Kunststoff-Verbundwerkstoff, etc.), wodurch das Auswuchten des Drehtransformator-Rotors 8 aufwendig ist.
Da der Transformatorkern 12 stationär an der Synchronmaschine 2, beispielsweise an deren Gehäuse 21 , angeordnet ist, kann der Rotor 1 zudem hohe Drehzahlen erreichen.
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Claims

Patentansprüche Rotor (1) für eine fremderregte Synchronmaschine (2), mit auf einer Rotorwelle (4) angeordneten Rotorwicklungen (3), mit einem Auswuchtring (5), mit einem mit den Rotorwicklungen (3) elektrisch verbundenen Gleichrichter (6), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Auswuchtring (5) ein Drehtransformator-Rotor (8) eines Drehtransformators (7) mit einer Sekundärspule (9) angeordnet ist, die in Axialrichtung (14) von dem Auswuchtring (5) absteht. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Auswuchtring (5), der Gleichrichter (6) und die Sekundärspule (9) eine vorgefertigte Baugruppe bilden. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (9), der Gleichrichter (6) und der Auswuchtring (5) miteinander verklebt, verschweißt, verlötet, verschraubt, verpresst, verclipst und/oder miteinander vergossen sind. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (9) eine Beschichtung aufweist und gegenüber einer Umgebung elektrisch isoliert ist. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (9) ringförmig um eine Drehachse (30) der hohlen Rotorwelle (4) angeordnet ist. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (6) radial innerhalb des Auswuchtrings (5) angeordnet ist und/oder sich an einer Radialstufe (23) des Auswuchtrings (5) oder einer Innenmantelfläche (22) des Auswuchtrings (5) abstützt. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- stirnendseitig der Rotorwicklungen (3) Endwicklungen (13) angeordnet sind,
- der Gleichrichter (6) und der Auswuchtring (5) ein die Endwicklungen umgebendes Gehäuse (21 ) bilden, wobei Elektronikkomponenten (24) des Gleichrichters (6) in einem Gehäuseinneren (25) angeordnet sind,
- die Rotorwelle (4) hohl ausgebildet ist und einen Kühlkanal (26) zum Durchleiten von Kühlmittel aufweist, der kommunizierend mit dem Gehäuseinneren (25) verbunden ist. Fremderregte Synchronmaschine (2), mit einem elektrisch bestrombaren Rotor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Fremderregte Synchronmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmaschine (2) einen Drehtransformator-Stator (10) mit einer Primärspule (11 ) und einen Transform atorkern (12) aus einem magnetischen Kernmaterial, vorzugsweise aus einem Ferrit, aufweist. . Fremderregte Synchronmaschine nach Anspruch 9, 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Transformatorkern (12) einen Innenring (15), einen Außenring (16) und einen den Innenring (15) und den Außenring (16) jeweils an einer Stirnseite verbindenden Statorsteg (17) aufweist, wobei die Primärspule (11 ) in einer Vertiefung (19) am Innenring (15) angeordnet ist und wobei zwischen dem Innenring (15) und dem Außenring (16) eine ringförmige Ausnehmung (19) angeordnet ist. .Fremderregte Synchronmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (9) des Drehtransformator-Rotors (8) in die ringförmige Ausnehmung (19) des Transformatorkerns (12) eingreift.
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PCT/EP2022/074679 2021-10-27 2022-09-06 Rotor für eine fremderregte synchronmaschine WO2023072463A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE202012002024U1 (de) * 2012-02-28 2012-03-12 Continental Automotive Gmbh Rotierende elektrische Maschine
DE102014202719A1 (de) * 2014-02-14 2015-08-20 Bmw Ag Induktiver Drehübertrager für einen Elektromotor für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechendes Kopplerteil
DE102017214776A1 (de) * 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Fertigen eines Rotors für eine elektrische Maschine mit berührungslosem Leistungsübertragungssystem sowie Rotor, elektrische Maschine und Kraftfahrzeug

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