WO2023072736A1 - System mit elektrischem drehtransformator - Google Patents

System mit elektrischem drehtransformator Download PDF

Info

Publication number
WO2023072736A1
WO2023072736A1 PCT/EP2022/079273 EP2022079273W WO2023072736A1 WO 2023072736 A1 WO2023072736 A1 WO 2023072736A1 EP 2022079273 W EP2022079273 W EP 2022079273W WO 2023072736 A1 WO2023072736 A1 WO 2023072736A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
rotor
transformer
signal
stator
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/079273
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten GRELLE
Peter Kozlowski
Penyo Topalov
Philipp Zimmerschied
Original Assignee
Mahle International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International Gmbh filed Critical Mahle International Gmbh
Priority to CN202280072366.2A priority Critical patent/CN118202561A/zh
Publication of WO2023072736A1 publication Critical patent/WO2023072736A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/02—Synchronous motors
    • H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
    • H02K19/12—Synchronous motors for multi-phase current characterised by the arrangement of exciting windings, e.g. for self-excitation, compounding or pole-changing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/35—Devices for recording or transmitting machine parameters, e.g. memory chips or radio transmitters for diagnosis

Definitions

  • the present invention relates to a system with an electrical rotary transformer for inductive energy transmission, in particular in an externally excited electrical synchronous machine.
  • the invention also relates to an externally excited electrical synchronous machine with such a system.
  • the invention relates to a motor vehicle with such a synchronous machine.
  • the invention relates to the use of such an externally excited electrical synchronous machine as a traction motor.
  • the rotary transformer has a primary coil and a secondary coil.
  • the primary coil is usually stationary, whereas the secondary coil is movable, in particular rotatable, relative to the primary coil.
  • such a rotary transformer usually has a stationary stator and a rotor that can rotate about an axis of rotation relative to the stator.
  • the stator of the rotary transformer also referred to below as the rotary transformer stator, usually has the primary coil, which is also referred to below as the transformer primary coil.
  • the rotor of the rotary transformer also referred to below as the rotary transformer rotor, usually has the secondary coil, which is also referred to below as the transformer secondary coil.
  • Such a rotary transformer is used in particular in a separately excited electrical synchronous machine.
  • the externally excited electrical synchronous machine has a stationary stator and a rotor which rotates about an axis of rotation relative to the stator during operation and which are also referred to below as the machine stator and machine rotor.
  • a magnetic rotor field of the machine rotor and a magnetic stator field of the machine stator interact.
  • the required rotor field of the machine rotor is separately excited.
  • the machine rotor usually has a rotor coil, which is supplied with a direct current to generate the magnetic field.
  • the rotor coil can be supplied by means of the rotary transformer.
  • Such a synchronous motor with a rotary transformer is known, for example, from EP 2 869 316 B1.
  • the transformer primary induces a voltage in the transformer secondary.
  • the rotary transformer stator and the rotary transformer rotor are matched in such a way that a desired voltage is induced in the transformer secondary coil. Changes in tuning can therefore lead to deviations in the induced voltage. Desired or necessary changes in the induced voltage, in particular in the current flowing through the rotor coil, can therefore not be implemented or can only be implemented with difficulty.
  • the present invention is therefore concerned with the task of specifying improved or at least different embodiments for a system with a rotary transformer of the type mentioned at the beginning and for a separately excited electrical synchronous machine with such a rotary transformer and for a motor vehicle with such a synchronous machine, which disadvantages from the prior art Eliminate technology of known solutions.
  • the present invention is concerned with the task of specifying embodiments for the system and for the externally excited electrical synchronous machine and for the motor vehicle, which are characterized by increased operational stability. According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.
  • the present invention is therefore based on the general idea of providing an inductive signal transmission on the electrical rotary transformer in a system with an electrical rotary transformer, with which operating signals of the rotary transformer and/or an associated application, for example a separately excited electrical synchronous machine, are transmitted with a rotor of the rotary transformer. in particular exchanged, can be. Consequently, it is possible in a simple and effective manner to provide operating signals and thus operating states at the rotary transformer, in particular in the rotor of the rotary transformer, or to transmit these from the rotor. In particular, wired signal transmission between the rotor, which rotates relative to the stator during operation, can thus be dispensed with.
  • the operation of the rotary transformer and the associated application can be adapted in a simple manner depending on said operating states and/or faults in operation can be detected in a simplified manner.
  • the result is improved operational stability of the rotary transformer and/or associated application.
  • the inductive signal transmission is used in addition to the inductive energy transmission in the rotary transformer.
  • the system has the electrical rotary transformer.
  • the electric rotary transformer has a primary coil and a secondary coil, which are also referred to below as the transformer primary coil and the transformer secondary coil.
  • the rotary transformer has a stationary stator, also referred to below as rotary transformer stator, and a rotor, also referred to below as rotary transformer rotor.
  • the rotary transformer stator includes the transformer primary.
  • the rotary transformer rotor includes the transformer secondary coil.
  • the rotary transformer rotor is rotatable about an axially running axis of rotation relative to the rotary transformer stator. In operation, the rotary transformer rotor thus rotates relative to the rotary transformer stator about the axis of rotation.
  • the transformer primary coil and the transformer secondary coil work together inductively to generate an electrical voltage in the transformer secondary coil, the voltage also being referred to below as transformer voltage.
  • the system also includes signal transmission means for inductively transmitting operating signals with the rotary transformer rotor.
  • the signal transmission device has a coil which is non-rotatable with respect to the rotary transformer rotor and is also referred to below as the rotor signal coil.
  • the signal transmission device also has a coil that is fixed to the rotary transformer stator and is also referred to below as the stator signal coil.
  • the stator signal coil and the rotor signal coil interact inductively during operation for signal transmission.
  • the stator signal coil is electrically isolated from the transformer primary coil.
  • the rotor signal coil is electrically isolated from that of the transformer secondary coil.
  • the transformer secondary coil and the transformer primary coil are advantageously arranged axially opposite one another. It is also conceivable to arrange the transformer secondary coil and the transformer primary coil radially adjacent, in particular opposite one another.
  • the stator signal coil and the rotor signal coil are advantageously arranged axially opposite one another. It is also conceivable to arrange the stator signal coil and the rotor signal coil radially adjacent, in particular opposite one another.
  • the rotor signal coil is spaced from the transformer secondary coil.
  • the rotor signal coil is preferably spaced radially from the transformer secondary coil, advantageously radially inward.
  • the stator signal coil is spaced from the transformer primary.
  • the stator signal coil is preferably spaced radially from the transformer primary coil, advantageously radially inward.
  • the transformer secondary coil runs around the axis of rotation, in particular spirally.
  • the transformer secondary coil is designed as a planar winding.
  • the rotor signal coil advantageously runs around the axis of rotation, in particular in a circular or spiral shape.
  • the transformer primary coil advantageously runs around the axis of rotation.
  • the transformer primary coil is designed as a flat coil.
  • the inductive interaction of the transformer primary coil with the transformer secondary coil on the one hand and the inductive interaction of the stator signal coil with the rotor signal coil on the other hand are advantageously implemented at different frequencies.
  • mutual influences of the inductive interactions are prevented or at least reduced.
  • the signal transmission is preferably implemented at a higher frequency than the inductive energy transmission for inducing the transformer voltage.
  • the inductive energy transmission can be operated with a low frequency and increased power, while the signal transmission can be operated with a high frequency and low power.
  • the system is effectively operated with high performance and at the same time a reliable and efficient signal transmission is achieved.
  • stator signal coil is fixedly attached to the rotary transformer stator.
  • operating signals are transmitted between the rotary transformer rotor and the rotary transformer stator by means of the signal transmission device.
  • Embodiments are preferred in which the transformer secondary coil surrounds the axis of rotation and is axially flat.
  • Embodiments are advantageous in which the rotary transformer rotor has a circuit board which is provided with the transformer secondary coil. This results in a simple design of the rotary transformer rotor and a simple and precise assembly and arrangement of the transformer secondary coil.
  • transformer secondary coil as a cast coil.
  • the transformer secondary coil has at least one conductor track of the printed circuit board, which is also referred to below as the transformer conductor track. This leads to a simplified design and manufacture of the rotary transformer. Furthermore, the transformer Secondary coil simplified in this way and / or mechanically stabilized.
  • the transformer secondary coil is formed by at least one transformer conductor track on the printed circuit board, ie consists of at least one transformer conductor track on the printed circuit board.
  • the printed circuit board is advantageously designed to be axially flat.
  • the circuit board is space-saving and weight reduced.
  • the printed circuit board is particularly preferably round in an axial top view, for example in the form of a disk or a ring.
  • Embodiments are considered to be advantageous in which the rotor signal coil has at least one conductor track of the printed circuit board, which is also referred to below as the signal conductor track to distinguish it from the at least one transformer conductor track.
  • the rotor signal coil also has at least one conductor track on the printed circuit board and is electrically isolated from the transformer secondary coil. This leads to a simplified manufacture of the rotary transformer as well as a precise arrangement of the rotor signal coil.
  • the rotor signal coil is preferably formed by at least one signal conductor track on the printed circuit board.
  • the rotor signal coil thus consists of at least one signal conductor track.
  • the rotor signal coil has a simplified design and/or is precisely positioned and/or mechanically stabilized.
  • the respective at least one transformer conductor track and/or signal conductor track can be arranged on the printed circuit board and thus optically perceptible from the outside or enclosed within the printed circuit board and therefore not optically visible from the outside be perceptible.
  • at least one conductor track is arranged on the printed circuit board and at least one conductor track is arranged inside the printed circuit board.
  • the printed circuit board can therefore in particular be designed as a printed circuit board known to those skilled in the art as a “multilayer printed circuit board”.
  • the transformer secondary coil can have at least two transformer conductor tracks spaced axially from one another.
  • the transformer conductor tracks preferably run parallel to one another.
  • Embodiments are conceivable in which at least one transformer conductor track is arranged on the printed circuit board and at least one transformer conductor track is arranged inside the printed circuit board.
  • the signal transmission device advantageously has a unit that is non-rotatable with respect to the rotary transformer rotor for processing operating signals received by means of the rotor signal coil, which is also referred to below as a rotor signal unit.
  • the rotor signal unit is connected downstream of the rotor signal coil in the receiving direction.
  • Embodiments are advantageous in which an electrical filter for filtering the operating signal received by means of the rotor signal coil is connected between the rotor signal coil and the rotor signal unit. In this way, in particular, possible disturbances in the operating signal, which can be caused by the transformer coils, for example, are filtered. As a result, the quality of the signal transmission is increased and/or the operational stability of the rotary transformer is improved.
  • the rotor signal unit and/or the filter are preferably provided on the printed circuit board.
  • the signal transmission device advantageously has a unit for processing operating signals received by means of the stator signal coil, which is also referred to below as a stator signal unit.
  • the stator signal unit is fixed to the rotary transformer stator and is therefore stationary.
  • the stator signal unit is connected downstream of the stator signal coil in the receiving direction.
  • An electrical filter for filtering the operating signal received by means of the stator signal coil is advantageously connected between the stator signal coil and the stator signal unit. In this way, in particular, possible disturbances in the operating signal, which can be caused by the transformer coils, for example, are filtered. As a result, there is an increased quality of signal transmission and/or improved operational stability of the rotary transformer.
  • At least one of the signal units is advantageously also designed to generate an operating signal and/or a signal containing at least one operating state. This means that advantageously at least one of the signal units, preferably the respective signal unit, is also designed to transmit an operating signal by means of the associated signal coil.
  • Embodiments are preferred in which the transformer coils are arranged in a magnetic core that is fixed to the rotary transformer stator. This results in an improved inductive interaction of the transformer coils with one another.
  • the magnetic core also referred to below as the transformer magnetic core
  • the magnetic core can have any desired configuration.
  • the magnetic core is a ferrite body.
  • the transformer magnet core advantageously has an axially open recess for the transformer primary coil.
  • the transformer magnetic core is advantageously radially open, so that the transformer secondary coil, in particular the printed circuit board, penetrates radially into the transformer magnetic core and can be rotated in the transformer magnetic core.
  • stator signal coil and/or the rotor signal coil are expediently arranged to be rotatable in the transformer magnet core. This results in a simple design of the rotary transformer.
  • stator signal coil and the rotor signal coil in a signal magnetic core that is radially spaced apart from the transformer magnetic core. This prevents or at least reduces magnetic coupling of the signal coils to the transformer coils. This results in improved transmission of the operating signals and reduced interference in the operating signals.
  • the signal magnetic core is stationary, that is to say fixed to the rotary transformer stator.
  • the signal magnetic core can be any magnetic core.
  • the signal magnetic core is a ferrite body.
  • the signal magnetic core is advantageously spaced radially inwards from the transformer magnetic core.
  • the signal magnet core preferably has a radial passage through which the printed circuit board is guided radially.
  • the system may include a rectifier circuit downstream of the transformer secondary. The transformer voltage induced in the transformer secondary coil as an AC voltage can thus be converted into a DC voltage and made available to an associated application.
  • the system may include an inverter circuit upstream of the transformer primary.
  • the AC voltage required during operation for the transformer primary coil can come from an electrical energy source that provides a DC voltage.
  • the system can be used in any application for inductive energy transmission.
  • the rotary transformer of the system for inductive energy transmission is preferably used in an externally excited electrical synchronous machine, in particular in an externally excited electrical synchronous motor.
  • the synchronous machine has a rotor with a rotor shaft, the rotor also being referred to below as the machine rotor.
  • the machine rotor has at least one coil which is provided on the rotor shaft in a rotationally fixed manner and is also referred to below as the machine rotor coil.
  • the at least one machine rotor coil generates a magnetic field when supplied with a DC voltage and thus with a direct current, which is also referred to below as the rotor field.
  • the synchronous machine also has a stationary stator, which is also referred to below as the machine stator.
  • the machine stator has at least one coil, which is also referred to below as the machine stator coil.
  • the at least one machine stator coil generates a magnetic field, which is also referred to below as the stator field.
  • the stator field interacts with the rotor field in such a way that the machine rotor rotates about the axial axis of rotation.
  • the rotary transformer stator is fixed to the machine stator.
  • the rotary transformer rotor is non-rotatably attached to the machine rotor.
  • the rotary transformer rotor is non-rotatably connected to the rotor shaft.
  • the at least one machine rotor coil is connected to the transformer secondary coil in such a way that the at least one machine rotor coil is supplied with a DC voltage or a direct current for generating the rotor field during operation.
  • a rectifier circuit is advantageously connected between the transformer secondary coil and the at least one machine rotor coil, which, as mentioned above, can be part of the system.
  • the rotary transformer in particular the rotary transformer rotor, is preferably arranged axially on the end face of the machine rotor.
  • the rotary transformer is particularly preferably spaced apart from the machine rotor coil and/or from the machine stator coil. This prevents or at least reduces undesirable interactions between the rotary transformer and the rotor field and/or the stator field.
  • the operating signal expediently contains information about an operating state of the rotary transformer and/or the associated application, in particular about the synchronous machine.
  • the respective operating state can be, for example, a voltage present at the at least one machine rotor coil and/or an electric current flowing through the at least one machine rotor coil.
  • the operating signal can also be a trigger signal for protective circuits on the rotary transformer rotor and/or on the machine rotor.
  • the operating signal can also be a temperature, for example at least one of the at least one machine rotor coils be. It is of course also possible with the operating signal to transmit two or more operating states.
  • the AC voltage required for operation of the transformer primary coil can come from any electrical energy source.
  • the energy source provides a DC voltage.
  • the energy source can be a battery.
  • an inverter circuit is expediently provided between the energy source and the transformer primary coil, which converts the DC voltage into the required AC voltage.
  • the inverter circuit can be part of the rotary transformer.
  • the synchronous machine can be used in any application.
  • the synchronous machine can be used as a traction motor.
  • the synchronous machine is used in particular in a motor vehicle, which can include a battery as the energy source.
  • the synchronous machine serves in particular to drive the motor vehicle, ie it is a traction motor of the motor vehicle.
  • the traction motor according to the invention preferably has an output or drive power of between 100 kW and 240 kW, in particular 140 kW.
  • the traction motor advantageously supplies an output of between 100 kW and 240 kW, in particular 140 kW. It goes without saying that, in addition to the rotary transformer, the externally excited electrical synchronous machine and the motor vehicle also belong to the present invention.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified circuit diagram of an externally excited electrical synchronous machine with a system that includes an electrical rotary transformer in a motor vehicle
  • Fig. 3 shows a section through the rotary transformer in another
  • FIG. 4 shows an isometric, partially sectioned view of a machine rotor of the separately excited electrical synchronous machine with the rotary transformer
  • a system 0, as shown for example in FIGS. 1 to 4, has an electrical rotary transformer 1 as an inductive energy transmitter.
  • the system 0 can be used in a separately excited electrical synchronous machine 100 shown in FIGS.
  • the system and/or the synchronous machine 100 can be used in a motor vehicle 200, as shown in a greatly simplified form in FIG.
  • the externally excited electrical synchronous machine 100 can be used as a synchronous motor 110, in particular for driving the motor vehicle 200.
  • the separately excited electrical synchronous machine 100 can therefore be used in particular as a traction motor 120 .
  • the traction motor 120 can, for example, supply between 100 kW and 240 kW, in particular 140 kW.
  • the rotary transformer 1 has a stator 2 and a rotor 4 .
  • the stator 2 is referred to as rotary transformer stator 2 below.
  • the rotor 4 is referred to as rotary transformer rotor 4 below.
  • the rotary transformer rotor 4 can be rotated about an axially running axis of rotation 90 relative to the rotary transformer stator 2 .
  • the rotary transformer rotor 4 rotates relative to the rotary transformer stator 2 about the axis of rotation 90.
  • the rotary transformer stator 2 has a primary coil 3 and the rotary transformer rotor 4 has a secondary coil 5.
  • the primary coil 3 and the secondary coil 5 are arranged axially opposite one another in the exemplary embodiments shown.
  • the primary coil 3 which is also referred to below as transformer primary coil 3
  • the secondary coil 5 which is referred to below as transformer secondary coil 5
  • an AC voltage which is also referred to below as transformer voltage.
  • the externally excited electrical synchronous machine 100 also referred to below as synchronous machine 100 for short, has a rotor 101, as can be seen in particular from FIGS.
  • the rotor 101 is also referred to below as the machine rotor 101 .
  • the machine rotor 101 has a rotor shaft 102 and at least one coil 103 (see FIG. 1) which is provided in a rotationally fixed manner on the rotor shaft 102 .
  • the coil 103 is also referred to below as the machine rotor coil 103 .
  • the machine rotor coil 103 is symbolized in FIG. 1 as an inductance and an ohmic resistance.
  • the machine rotor 101 can also have two or more machine rotor coils 103, one machine rotor coil 103 being assumed below for the sake of simplicity.
  • the machine rotor coil 103 generates a magnetic field, which is also referred to below as the rotor field.
  • Synchronous machine 100 also has a stator 104, shown in simplified form in FIG. 5, which is also referred to as machine stator 104 below.
  • the synchronous machine 100 has at least one coil 105 fixed to the machine stator 104 (see FIG. 5), which is also referred to below as the machine stator coil 105 .
  • the at least one machine stator coil 105 generates a magnetic field, which is also referred to below as the stator field.
  • the stator field and rotor field interact in such a way that the machine rotor 101 rotates about the axis of rotation 90 during operation.
  • the machine rotor 101 needs in particular the machine rotor coil 103, a DC voltage.
  • this DC voltage is supplied to the machine rotor coil 103 by means of the transformer secondary coil 5 and thus by means of the rotary transformer 1.
  • a rectifier circuit 6 is connected between the transformer secondary coil 5 and the machine rotor coil 103, which converts the transformer voltage into the DC voltage.
  • the rotary transformer rotor 4 rotates during operation with the rotor shaft 102 and consequently with the machine rotor 101 about the axis of rotation 90.
  • the rotary transformer stator 2 is fixed to the machine stator 104 and is therefore stationary.
  • the rectifier circuit 6 can be part of the system 0 and non-rotatable with the rotary transformer rotor 4 .
  • the rotary transformer 1 is arranged at an axial end face of the machine rotor 101 and at a distance from the machine rotor coil 103 and from the machine stator coil 105 .
  • the transformer primary coil 3 requires an AC voltage to induce the transformer voltage in the transformer secondary coil 5 .
  • the transformer primary coil 3 is supplied via an electrical energy source 201 which provides a DC voltage.
  • the energy source 201 is a battery 202 of the motor vehicle 200.
  • An inverter circuit 7 is provided between the energy source 201 and the transformer primary coil 3 to supply the transformer primary coil 3 with the AC voltage.
  • the inverter circuit 7 converts the DC voltage of the power source 201 into the AC voltage for the transformer primary 3 um. It is conceivable that the inverter circuit 7 includes a converter.
  • the rotary transformer rotor 4 in the exemplary embodiments shown has a circuit board 8 which is provided with the transformer secondary coil 5 .
  • the circuit board 8 is disk-shaped and has a round shape, ie it is designed in the manner of a round disk or a ring.
  • the transformer secondary coil 5 has at least one conductor track 9 of the printed circuit board 8, which is also referred to below as the transformer conductor track 9.
  • the transformer secondary coil 5 consists of at least one transformer conductor track 9 and is designed as a planar winding 10 . As can be seen from FIGS.
  • the printed circuit board 8 in the exemplary embodiments shown has two transformer conductor tracks 9 which are axially spaced apart from one another and which spirally surround the axis of rotation 90 .
  • the at least one transformer conductor track 9 is arranged entirely in the printed circuit board 8 in the exemplary embodiments shown.
  • the transformer primary coil 3 is designed as a flat coil 11 in the exemplary embodiments shown.
  • the magnetic core 12 is also referred to as the transformer magnet core 12 below.
  • the transformer magnetic core 12 is open radially on the inside, so that the printed circuit board 9 with the transformer secondary coil 5 penetrates into the transformer magnetic core 12 and is arranged therein so that it can rotate.
  • the transformer magnetic core 12 has an axially open recess 15 in which the transformer primary coil 3 is arranged.
  • the rectifier circuit 6 is designed, purely by way of example, as a bridge rectifier 16 with four diodes Da-d.
  • the inverter circuit 7 is designed, purely by way of example, as a full-bridge inverter 17 which has four transistors Ta-d and two driver circuits Sa, Sb for the transistors Ta-d.
  • the system 0 has a signal transmission device 20 for transmitting operating signals with the rotary transformer rotor 4 .
  • the signal transmission device 20 has a coil 21 which is fixed in rotation on the rotary transformer rotor 4 and a coil 22 which is fixed in relation to the rotary transformer stator 2 and which interact inductively during operation for signal transmission.
  • the coil 21 is also referred to below as the rotor signal coil 21 .
  • the coil 22 is also referred to below as
  • Stator signal coil 22 designated.
  • the transformer primary coil 3 is electrically isolated from the stator signal coil 22 and the rotor signal coil 21 is electrically isolated from that of the transformer secondary coil 5 .
  • the rotor signal coil 21 and the stator signal coil 22 are arranged axially opposite one another.
  • the signal transmission device 20 serves to transmit operating signals between the rotary transformer rotor 4 and the rotary transformer stator 3.
  • the stator signal coil 22 induces an AC voltage in the rotor signal coil 21.
  • the rotor signal coil 21 induces an AC voltage in the stator signal coil 22.
  • the AC voltage induced in each case is also referred to below as the signal voltage.
  • the signal voltage thus contains the operating signal in each case, in particular corresponds to the operating signal. Of course, several operating signals can also be transmitted together or one after the other.
  • the operating signal it is possible in particular to adapt the rotary transformer 1 to the requirements of the synchronous motor 100 .
  • the rotor field can thus be changed and/or adjusted more precisely.
  • diagnostic values of the synchronous machine 100 and/or the rotary transformer 1 can be transmitted with the operating signal and the operation of the synchronous machine 100 and/or the rotary transformer 1 can thus be improved.
  • the respective operating signal can in particular be the voltage present at the machine rotor coil 105 and/or an electric current flowing through the machine rotor coil 105 .
  • the operating signal can also be a trigger signal for protective circuits (not shown) on the rotary transformer rotor 4 and/or on the machine rotor 101 and/or a temperature, for example of the machine rotor coil 103.
  • the rotor signal coil 21 can have at least one conductor track 23 of the printed circuit board 8, which is also referred to as signal conductor track 23 below.
  • the at least one signal trace 23 is electrically isolated from the at least one transformer trace 9 .
  • the signal conductor track 23 can run around the axis of rotation 90, in particular in a circular or spiral shape.
  • the rotor signal coil 21 is connected by at least one signal conductor track 23 of the printed circuit board 8 educated.
  • the rotor signal coil 21 in the exemplary embodiments in FIGS. 2 and 3 has, by way of example, a single such signal conductor track 23.
  • the signal conductor track 23 is arranged entirely inside the printed circuit board 8.
  • the rotor signal coil 21 are radially spaced from the transformer secondary coil 5 in the exemplary embodiments shown.
  • the rotor signal coil 21 is offset radially inwards with respect to the transformer secondary coil 5 .
  • the stator signal coil 22 is also spaced radially from the primary coil 3 of the transformer, and is offset radially inward in the exemplary embodiments shown.
  • the signal transmission device 20 has a unit 24 on both the rotor side and the stator side for processing the respectively received operating signal, which is also referred to below as the signal unit 24 .
  • the respective signal unit 24 is associated with the signal coil 21,
  • the signal transmission device 20 in the exemplary embodiment shown has an electrical filter 25 between the respective signal unit 24 and the associated signal coil 21 , 22 for filtering the operating signal received by means of the associated signal coil 21 , 22 .
  • the signal transmission device 20 has a rotor signal unit 24a that is non-rotatable on the rotary transformer rotor 4 for processing an operating signal received by means of the rotor signal coil 21 , which is connected downstream of the rotor signal coil 21 .
  • An electrical filter 25a for filtering the operating signal received by means of the rotor signal coil 21 is connected between the rotor signal coil 21 and the rotor signal unit 24a.
  • the signal transmission device 20 has a stator signal unit 24b fixed to the rotary transformer stator 2 for processing an operating signal received by means of the stator signal coil 22 , which is connected downstream of the stator signal coil 22 is.
  • An electrical filter 25b for filtering the operating signal received by means of the stator signal coil 22 is connected between the stator signal coil 22 and the stator signal unit 24b.
  • the respective unit 24 can also be designed to generate an operating signal which is transmitted to the other signal coils 21 , 22 by means of the associated signal coil 21 , 22 .
  • the rotor signal unit 24a can pick up a voltage and/or a current between the rectifier circuit 6 and the machine rotor coil 103 in order to, for example, measure the voltage present at the machine rotor coil 103 and/or the current flowing through the machine rotor coil 103 to determine the current flowing and to transmit it as an operating signal.
  • the rotor signal unit 24a can be electrically supplied in this way.
  • stator signal coil 22 and the rotor signal coil 21 are also arranged in the transformer magnet core 12 .
  • the exemplary embodiment in FIG. 3 differs from this in that the stator signal coil 22 and the rotor signal coil 21 are arranged in a signal magnetic core 26 which is radially spaced apart from the transformer magnetic core 12 .
  • the Signal magnetic core 26 advantageously stationary, ie fixed to the rotary transformer stator 2 .
  • the signal magnetic core 26 is arranged offset radially inwards in relation to the transformer magnetic core 12 .
  • the circuit board 8 is guided radially through the signal magnet core 26 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (0) mit einem elektrischen Drehtransformator (1) zur induktiven Energieübertragung, welcher einen Drehtransformator-Stator (2) mit einer Transformator-Primärspule (3) sowie einen Drehtransformator-Rotor (4) mit einer Transformator-Sekundärspule (5) aufweist. Die Transformator-Primärspule (3) und die Transformator-Sekundärspule (5) wirken im Betrieb zum Induzieren einer Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule (5) zusammen. Ein verbesserter Betrieb des Systems (0) wird mittels einer Signalübertragungseinrichtung (20) zum induktiven Übertragen von Betriebssignalen erreicht, wobei die Signalübertragungseinrichtung (20) eine am Drehtransformator-Rotor (4) drehfeste und von der Transformator-Primärspule (3) elektrisch getrennte Rotorsignalspule (21) und eine zum Drehtransformator-Stator (2) feste und vom Transformator-Primärspule (3) elektrisch getrennte Statorsignalspule (22) aufweist. Die Rotorsignalspule (21) und die Statorsignalspule (22) wirken dabei zum Übertragen von Betriebssignalen induktiv zusammen. Die Erfindung betrifft zudem eine fremderregte elektrische Synchronmaschine (100) mit einem solchen System (0) sowie ein Kraftfahrzeug (200) mit einer solchen fremderregten elektrischen Synchronmaschine (100) sowie die Verwendung einer solchen fremderregten elektrischen Synchronmaschine (100) als ein Traktionsmotor (120).

Description

System mit elektrischem Drehtransformator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einem elektrischen Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung, insbesondere in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine. Die Erfindung betrifft zudem eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem solchen System. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Synchronmaschine. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen fremderregten elektrischen Synchronmaschine als ein Traktionsmotor.
Ein elektrischer Drehtransformator kommt zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz. Zu diesem Zweck weist der Drehtransformator eine Primärspule sowie eine Sekundärspule auf. Die Primärspule ist üblicherweise ortsfest, wogegen die Sekundärspule relativ zur Primärspule beweglich, insbesondere rotierbar ist. Zu diesem Zweck weist ein solcher Drehtransformator üblicherweise einen ortsfesten Stator sowie einen relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor auf. Der Stator des Drehtransformators, nachfolgend auch als Drehtransformator- Stator bezeichnet, weist gewöhnlich die Primärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule bezeichnet wird. Der Rotor des Drehtransformators, nachfolgend auch als Drehtransformator-Rotor bezeichnet, weist gewöhnlich die Sekundärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Sekundärspule bezeichnet wird.
Ein solcher Drehtransformator kommt insbesondere in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine zum Einsatz. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine weist einen ortsfesten Stator sowie einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierenden Rotor auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Stator und Maschinen-Rotor bezeichnet werden. Dabei wirken ein magnetisches Rotorfeld des Maschinen-Rotors und ein magnetisches Statorfeld des Maschinen-Stators zusammen. In der fremderregten elektrischen Synchronmaschine wird das benötigte Rotorfeld des Maschinen-Rotors fremderregt. Zu diesem Zweck weist der Maschinen-Rotor in der Regel eine Rotorspule auf, welche mit einem Gleichstrom zum Erzeugen des magnetischen Felds versorgt wird. Die Versorgung der Rotorspule kann mittels des Drehtransformators erfolgen.
Ein derartiger Synchronmotor mit einem Drehtransformator ist beispielsweise aus der EP 2 869 316 B1 bekannt. Im Betrieb induziert die Transformator-Primärspule in der Transformator-Sekundärspule eine Spannung.
Gewöhnlich sind Drehtransformator-Stator und Drehtransformator-Rotor derart aufeinander abgestimmt, dass in der Transformtor-Sekundärspule eine gewünschte Spannung induziert wird. Änderungen in der Abstimmung können somit zu Abweichungen der induzierten Spannung führen. Auch können gewünschte oder notwendige Änderungen der induzierten Spannung, insbesondere des durch die Rotorspule fließenden Stroms, somit nicht oder schwer umgesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe für ein System mit einem Drehtransformator der eingangs genannten Art sowie für eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem solchen Drehtransformator und für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Synchronmaschine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche Nachteile aus dem Stand der Technik bekannter Lösungen beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für das System sowie für die fremderregte elektrische Synchronmaschine und für das Kraftfahrzeug Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Betriebsstabilität auszeichnen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht somit auf dem allgemeinen Gedanken, in einem System mit einem elektrischen Drehtransformator am elektrischen Drehtransformator eine induktive Signalübertragung vorzusehen, mit welcher mit einem Rotor des Drehtransformators Betriebssignale des Drehtransformators und/oder einer zugehörigen Anwendung, beispielsweise einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine, übertragen, insbesondere ausgetauscht, werden können. Folglich ist es auf einfache und effektive Art möglich, am Drehtransformator, insbesondere im Rotor des Drehtransformators, Betriebssignale und somit Betriebszustände bereitzustellen bzw. diese vom Rotor zu übertragen. Insbesondere kann somit auf eine drahtgebundene Signalübertragung zwischen dem im Betrieb relativ zum Stator rotierenden Rotor verzichtet werden. In der Folge kann der Betrieb des Drehtransformators sowie der zugehörigen Anwendung auf einfache Weise abhängig von besagten Betriebszuständen angepasst werden und/oder Störungen im Betrieb vereinfacht erkannt werden. Das Resultat ist eine verbesserte Betriebsstabilität des Drehtransformators und/oder der zugehörigen Anwendung. Die induktive Signalübertragung kommt dabei zusätzlich zur im Drehtransformator induktiven Energieübertragung zum Einsatz.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist das System den elektrischen Drehtransformator auf. Der elektrische Drehtransformator weist zur induktiven Energieübertragung eine Primärspule und eine Sekundärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule und Transformator- Sekundärspule bezeichnet werden. Zudem weist der Drehtransformator einen ortsfesten Stator, nachfolgend auch als Drehtransformator-Stator bezeichnet, sowie einen Rotor, nachfolgend auch als Drehtransformator-Rotor bezeichnet, auf. Der Drehtransformator-Stator weist die Transformator-Primärspule auf. Der Drehtransformator-Rotor weist die Transformator-Sekundärspule auf. Der Drehtransformator-Rotor ist relativ zum Drehtransformator-Stator um eine axial verlaufende Rotationsachse rotierbar. Im Betrieb rotiert somit der Drehtransformator-Rotor relativ zum Drehtransformator-Stator um die Rotationsachse. Zur induktiven Energieübertragung und somit im Betrieb wirken die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule zum Erzeugen einer elektrischen Spannung in der Transformator Sekundärspule induktiv zusammen, wobei die Spannung nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird. Das System weist ferner eine Signalübertragungseinrichtung zum induktiven Übertragen von Betriebssignalen mit dem Drehtransformator-Rotor auf. Die Signalübertragungseinrichtung weist zum Drehtransformator-Rotor drehfeste Spule auf, welche nachfolgend auch als Rotorsignalspule bezeichnet wird. Die Signalübertragungseinrichtung weist zudem eine zum Drehtransformator-Stator feste Spule auf, welche nachfolgend auch als Statorsignalspule bezeichnet wird. Die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule wirken im Betrieb zur Signalübertragung induktiv zusammen. Dabei ist die Statorsignalspule elektrisch von der Transformator-Primärspule getrennt. Zudem ist die Rotorsignalspule elektrisch von der der Transformator-Sekundärspule getrennt.
Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die axial verlaufende Rotationsachse. Dementsprechend verläuft "axial" parallel, insbesondere koaxial, zur Rotationsachse. Zudem verläuft "radial" quer zur Rotationsachse.
Die Transformator-Sekundärspule und die Transformator-Primärspule sind vorteilhaft axial gegenüberliegend angeordnet. Vorstellbar ist es auch, die Transformator-Sekundärspule und die Transformator-Primärspule radial benachbart, insbesondere gegenüberliegend, anzuordnen Die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule sind vorteilhaft axial gegenüberliegend angeordnet. Denkbar ist es auch, die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule radial benachbart, insbesondere gegenüberliegend, anzuordnen.
Vorteilhaft ist die Rotorsignalspule zur Transformator-Sekundärspule beabstandet. Bevorzugt ist die Rotorsignalspule zur Transformator-Sekundärspule radial, vorteilhaft nach radial innen, beabstandet. Vorteilhaft ist die Statorsignalspule zur Transformator-Primärspule beabstandet. Bevorzugt ist die Statorsignalspule zur Transformator-Primärspule radial, vorteilhaft radial nach innen, beabstandet. Somit werden Kopplungen zwischen den Transformatorspulen, das heißt die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule, und den Signalspulen verhindert oder zumindest reduziert.
Vorteilhaft verläuft die Transformator-Sekundärspule die Rotationsachse umgebend, insbesondere spiralförmig. Insbesondere ist die Transformator- Sekundärspule als eine Planarwicklung ausgebildet.
Vorteilhaft verläuft die Rotorsignalspule die Rotationsachse umgebend, insbesondere kreisförmig oder spiralförmig.
Vorteilhaft verläuft die Transformator-Primärspule die Rotationsachse umgebend. Insbesondere ist die Transformator-Primärspule als eine Flachspule ausgebildet.
Vorteilhaft werden das induktive Zusammenwirken der Transformator-Primärspule mit der Transformator-Sekundärspule einerseits und das induktive Zusammenwirken der Statorsignalspule mit der Rotorsignalspule andererseits auf unterschiedlichen Frequenzen umgesetzt. Somit werden insbesondere gegenseitige Einflüsse der induktiven Zusammenwirkungen verhindert oder zumindest reduziert. Bevorzugt wird die Signalübertragung auf einer höheren Frequenz umgesetzt als die induktive Energieübertragung zum Induzieren der Transformatorspannung. Somit kann die induktive Energieübertragung mit einer niedrigen Frequenz und einer erhöhten Leistung die die Signalübertragung mit einer hohen Frequenz und niedriger Leistung betrieben werden. Im Ergebnis ist das System mit hoher Leistung effektiv betrieben und zugleich eine zuverlässige und effiziente Signalübertragung erreicht.
Bevorzugt ist die Statorsignalspule fest am Drehtransformator-Stator angebracht. Somit werden im Betrieb mittels der Signalübertragungseinrichtung Betriebssignale zwischen dem Drehtransformator-Rotor und dem Drehtransformator-Stator übertragen.
Bevorzugt sind Ausführungsformen bei denen die Transformator-Sekundärspule die Rotationachse umgebend und axial flach ausgebildet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Drehtransformator-Rotor eine Leiterplatte aufweist, welche mit der Transformator-Sekundärspule versehen ist. Somit kommt es zu einer einfachen Ausbildung des Drehtransformator-Rotors sowie einer einfachen und präzisen Montage und Anordnung der Transformator- Sekundärspule.
Vorstellbar ist es auch, die Transformator-Sekundärspule als eine vergossene Spule auszuführen.
Bevorzugt sind Ausführungsformen bei denen die Transformator-Sekundärspule zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte aufweist, welche nachfolgend auch als Transformator-Leiterbahn bezeichnet wird. Dies führt zu einer vereinfachten Ausbildung und Herstellung des Drehtransformators. Ferner ist die Transformator- Sekundärspule auf diese Weise vereinfacht ausgebildet und/oder mechanisch stabilisiert.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Transformator-Sekundärspule durch zumindest eine Transformator-Leiterbahn der Leiterplatte gebildet ist, also aus zumindest einer Transformator-Leiterbahn der Leiterplatte besteht.
Die Leiterplatte ist vorteilhaft axial flach ausgebildet. Somit ist die Leiterplatte bauraumsparend und gewichtsreduziert.
Besonders bevorzugt ist die Leiterplatte in axialer Draufsicht rund, beispielsweise als eine Scheibe oder als ein Ring ausgebildet.
Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Rotorsignalspule zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte aufweist, welche zur Unterscheidung zur zumindest einen Transformator-Leiterbahn nachfolgend auch als Signal- Leiterbahn bezeichnet wird. Das heißt, dass auch die Rotorsignalspule zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte aufweist und von der Transformator Sekundärspule elektrisch getrennt ist. Dies führt zu einer vereinfachten Herstellung des Drehtransformators sowie zu einer präzisen Anordnung der Rotorsignalspule.
Bevorzugt ist die Rotorsignalspule durch zumindest eine Signal-Leiterbahn der Leiterplatte gebildet. Die Rotorsignalspule besteht also aus der zumindest einen Signal-Leiterbahn. Somit ist Rotorsignalspule vereinfacht ausgebildet und/oder präzise positionier und/oder mechanisch stabilisiert.
Die jeweilige zumindest eine Transformator-Leiterbahn und/oder Signal-Leiterbahn kann auf der Leiterplatte angeordnet und somit optisch von außen wahrnehmbar oder innerhalb der Leiterplatte umschlossen und somit optisch von außen nicht wahrnehmbar sein. Selbstverständlich sind Ausführungsformen möglich, bei denen sowohl zumindest eine Leiterbahn auf der Leiterplatte und zumindest eine Leiterbahn innerhalb der Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte kann also insbesondere als eine dem Fachmann als "Multilayerleiterplatte" bekannte Leiterplatte ausgebildet sein
Die Transformator-Sekundärspule kann zumindest zwei axial zueinander beabstandete Transformator-Leiterbahnen aufweisen. Bevorzugt verlaufen dabei die Transformator-Leiterbahnen zueinander parallel.
Vorstellbar sind Ausführungsformen, bei denen zumindest eine Transformator- Leiterbahn auf der Leiterplatte und zumindest eine Transformator Leiterbahn innerhalb der Leiterplatte angeordnet sind.
Die Signalübertragungseinrichtung weist vorteilhaft eine zum Drehtransformator- Rotor drehfeste Einheit zum Verarbeiten von mittels der Rotorsignalspule empfangenen Betriebssignalen auf, welche nachfolgend auch als Rotorsignaleinheit bezeichnet wird. Die Rotorsignaleinheit ist in Empfangsrichtung der Rotorsignalspule nachgeschaltet.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen bei denen zwischen der Rotorsignalspule und der Rotorsignaleinheit ein elektrischer Filter zum Filtern des mittels der Rotorsignalspule empfangenen Betriebssignals geschaltet ist. Somit werden insbesondere mögliche Störungen des Betriebssignals, welche beispielsweise durch die Transformatorspulen verursacht sein können, gefiltert. In der Folge kommt es zu einer erhöhten Qualität der Signalübertragung und/oder einer verbesserten Betriebsstabilität des Drehtransformators.
Bevorzugt sind die Rotorsignaleinheit und/oder der Filter an der Leiterplatte vorgesehen. Die Signalübertragungseinrichtung weist vorteilhaft eine Einheit zum Verarbeiten von mittels der Statorsignalspule empfangenen Betriebssignalen auf, welche nachfolgend auch als Statorsignaleinheit bezeichnet wird. Die Statorsignaleinheit ist zum Drehtransformator-Stator fest und somit ortsfest. Die Statorsignaleinheit ist in Empfangsrichtung der Statorsignalspule nachgeschaltet.
Vorteilhaft ist zwischen der Statorsignalspule und der Statorsignaleinheit ein elektrischer Filter zum Filtern des mittels der Statorsignalspule empfangenen Betriebssignals geschaltet. Somit werden insbesondere mögliche Störungen des Betriebssignals, welche beispielsweise durch die Transformatorspulen verursacht sein können, gefiltert. In der Folge kommt es zu einer erhöhten Qualität der Signalübertragung und/oder einer verbesserten Betriebsstabi lität des Drehtransformators.
Vorteilhaft ist zumindest eine der Signaleinheiten, bevorzugt die jeweilige Signaleinheit, auch zum Erzeugen eines Betriebssignals und/oder oder eines zumindest einen Betriebszustand enthaltenden Signals ausgebildet. Das heißt, dass vorteilhaft zumindest eine der Signaleinheiten, bevorzugt die jeweilige Signaleinheit, auch zum Senden eines Betriebssignals mittels der zugehörigen Signalspule ausgestaltet ist.
Bevorzugt sind Ausführungsformen bei denen die Transformatorspulen in einem zum Drehtransformator-Stator festen Magnetkern angeordnet sind. Somit kommt es zu einer verbesserten induktiven Zusammenwirkung der Transformatorspulen miteinander. Der Magnetkern, nachfolgend auch als Transformator-Magnetkern bezeichnet, kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere handelt es sich beim Magnetkern um einen Ferritkörper. Der Transformator-Magnetkern weist vorteilhaft eine axial offene Ausnehmung für die Transformator-Primärspule auf.
Vorteilhaft ist der Transformator-Magnetkern radial offen, sodass die Transformator-Sekundärspule, insbesondere die Leiterplatte, radial in den Transformator-Magnetkern eindringt und im Transformator-Magnetkern rotierbar ist.
Vorstellbar ist es, auch die Statorsignalspule und/oder die Rotorsignalspule im Transformator-Magnetkern anzuordnen. Dabei ist die Rotorsignalspule zweckmäßig im Transformator-Magnetkern drehbar angeordnet. Somit kommt es zu einer einfachen Ausbildung des Drehtransformators.
Denkbar ist es, die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule in einem zum Transformator-Magnetkern radial beabstandeten Signal-Magnetkern anzuordnen. Somit werden magnetische Kopplungen der Signalspulen mit den Transformatorspulen verhindert oder zumindest reduziert. Auf diese Weise kommt es zu einer verbesserten Übertragung der Betriebssignale und reduzierten Störungen der Betriebssignale.
Vorteilhaft ist der Signal-Magnetkern ortsfest, das heißt zum Drehtransformator- Stator fest.
Bei dem Signal-Magnetkern kann es sich um einen beliebigen Magnetkern handeln. Insbesondere ist der Signal-Magnetkern ein Ferritkörper.
Vorteilhaft ist der Signal-Magnetkern zum Transformator-Magnetkern radial nach innen beabstandet. Bevorzugt weist der Signal-Magnetkern dabei eine radiale Durchführung auf, durch welche die Leiterplatte radial geführt ist. Das System kann eine der Transformator-Sekundärspule nachgeschaltete Gleichrichterschaltung aufweisen. Somit kann die in der Transformator Sekundärspule als Wechselspannung induzierte Transformatorspannung in eine Gleichspannung umgewandelt und einer zugehörigen Anwendung zur Verfügung gestellt werden.
Das System kann eine der Transformator-Primärspule vorgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweisen. Somit kann die im Betrieb benötigte Wechselspannung für die Transformator-Primärspule aus einer elektrischen Energiequelle stammen, welche eine Gleichspannung bereitstellt.
Das System kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz kommen.
Bevorzugt kommt der Drehtransformator des Systems zur induktiven Energieübertragung in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine, insbesondere in einem fremderregten elektrischen Synchronmotor, zum Einsatz.
Die Synchronmaschine weist einen Rotor mit einer Rotorwelle auf, wobei der Rotor nachfolgend auch als Maschinen-Rotor bezeichnet wird. Der Maschinen- Rotor weist zumindest eine an der Rotorwelle drehfest versehene Spule auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule bezeichnet wird. Die zumindest eine Maschinen-Rotorspule erzeugt im Betrieb bei Versorgung mit einer Gleichspannung und somit mit einem Gleichstrom ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Synchronmaschine weist ferner einen ortsfesten Stator auf, welcher nachfolgend auch als Maschinen-Stator bezeichnet wird. Der Maschinen-Stator weist zumindest eine Spule auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Statorspule bezeichnet wird. Die zumindest eine Maschinen-Statorspule erzeugt im Betrieb ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Im Betrieb der Synchronmaschine wirkt das Statorfeld mit dem Rotorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor um die axiale Rotationsachse rotiert. Dabei ist der Drehtransformator-Stator zum Maschinen-Stator fest. Zudem ist der Drehtransformator-Rotor drehfest am Maschinen-Rotor angebracht. Insbesondere ist der Drehtransformator-Rotor drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Die zumindest eine Maschinen-Rotorspule ist mit der Transformator-Sekundärspule verbunden, derart, dass die zumindest eine Maschinen-Rotorspule im Betrieb mit einer Gleichspannung bzw. einem Gleichstrom zum Erzeugen des Rotorfelds versorgt ist. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft zwischen der Transformator- Sekundärspule und der zumindest einen Maschinen-Rotorspule eine Gleichrichterschaltung geschaltet, welche, wie vorstehend erwähnt, Bestandteil des Systems sein kann.
Bevorzugt ist der Drehtransformator, insbesondere der Drehtransformator-Rotor, axial stirnseitig des Maschinen-Rotors angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Drehtransformator zur Maschinen-Rotorspule und/oder zur Maschinen-Statorspule beabstandet. Somit kommt es zu einer Verhinderung oder zumindest Reduzierung von unerwünschten Wechselwirkungen zwischen dem Drehtransformator und dem Rotorfeld und/oder dem Statorfeld.
Das Betriebssignal enthält zweckmäßig Informationen über einen Betriebszustand des Drehtransformators und/oder der zugehörigen Anwendung, insbesondere über die Synchronmaschine. Bei dem jeweiligen Betriebszustand kann es sich beispielsweise um eine an der zumindest einen Maschinen-Rotorspule anliegende Spannung und/oder um einen durch die zumindest eine Maschinen-Rotorspule fließenden elektrischen Strom handeln. Das Betriebssignal kann ebenso ein Triggersignal für Schutzschaltungen am Drehtransformator-Rotor und/oder am Maschinen-Rotor sein. Ebenso kann das Betriebssignal eine Temperatur, beispielsweise zumindest einer der wenigstens einen Maschinen-Rotorspulen sein. Selbstverständlich ist es mit dem Betriebssignal auch möglich, zwei oder mehr Betriebszustände zu übertragen.
Die im Betrieb für die Transformator-Primärspule benötigte Wechselspannung kann einer beliebigen elektrischen Energiequelle stammen.
Vorstellbar ist es insbesondere, dass die Energiequelle eine Gleichspannung bereitstellt. Insbesondere kann es sich bei der Energiequelle um eine Batterie handeln. Dabei ist zwischen der Energiequelle und der Transformator-Primärspule zweckmäßig eine Wechselrichterschaltung vorgesehen, welche die Gleichspannung in die benötigte Wechselspannung umwandelt. Die Wechselrichterschaltung kann dabei, wie vorstehend erwähnt, Bestand des Drehtransformators sein.
Die Synchronmaschine kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zum Einsatz kommen.
Insbesondere kann die Synchronmaschine als ein Traktionsmotor zum Einsatz kommen.
Die Synchronmaschine kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, welches als Energiequelle eine Batterie umfassen kann. Dabei dient die Synchronmaschine insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, ist also ein Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs. Bevorzugt besitzt der erfindungsgemäße Traktionsmotor eine Ausgangs- bzw. Antriebsleistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere 140kW.
Der Traktionsmotor liefert vorteilhaft eine Leistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere von 140 kW. Es versteht sich, dass neben dem Drehtransformator auch die fremderregte elektrische Synchronmaschine sowie das Kraftfahrzeug jeweils ebenfalls zum Umgang der vorliegenden Erfindung gehören.
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, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen stark vereinfachten Schaltplan einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit einem System, welches einen elektrischen Drehtransformator umfasst, in einem Kraftfahrzeug,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Drehtransformator,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Drehtransformator bei einem anderen
Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine isometrische, teilweise geschnittene Ansicht eines Maschinen- Rotors der fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit dem Drehtransformator,
Fig. 5 einen stark vereinfachten Schnitt durch die fremderregte elektrische Synchronmaschine.
Ein System 0, wie es beispielsweise in den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, weist einen elektrischen Drehtransformator 1 als induktiven Energieübertrager auf. Das System 0 kann in einer in den Figuren 1 bis 5 gezeigten fremderregten elektrischen Synchronmaschine 100 zum Einsatz kommen. Das System und/oder die Synchronmaschine 100 können in einem Kraftfahrzeig 200, wie es in Figur 1 stark vereinfacht gezeigt ist, zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann als ein Synchronmotor 110, insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 200, zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann also insbesondere als Traktionsmotor 120 eingesetzt werden. Hierzu kann der Traktionsmotor 120 beispielsweise eine Leistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere von 140 kW, liefern.
Wie den Figuren 1 bis 4 entnommen werden kann, weist der Drehtransformator 1 einen Stator 2 und einen Rotor 4 auf. Der Stator 2 wird nachfolgend als Drehtransformator-Stator 2 bezeichnet. Der Rotor 4 wird nachfolgend als Drehtransformator-Rotor 4 bezeichnet. Der Drehtransformator-Rotor 4 ist relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um eine axial verlaufende Rotationsachse 90 rotierbar. Im Betrieb rotiert also der Drehtransformator-Rotor 4 relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um die Rotationsachse 90. Zur induktiven Energieübertragung weist der Drehtransformator-Stator 2 eine Primärspule 3 und der Drehtransformator-Rotor 4 eine Sekundärspule 5 auf. Die Primärspule 3 und die Sekundärspule 5 sind, wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, in den gezeigten Ausführungsbeispielen axial gegenüberliegend angeordnet. Im Betrieb induziert die Primärspule 3, welche nachfolgend auch als Transform ator- Primärspule 3 bezeichnet wird, in der Sekundärspule 5, welche nachfolgend als Transformator-Sekundärspule 5 bezeichnet wird, eine Wechselspannung, welche nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird.
Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die Rotationsachse 90. Dementsprechend verläuft "axial" parallel zur Rotationsachse. Zudem verläuft "radial" quer zur Rotationsachse 90.
Die fremderregten elektrischen Synchronmaschine 100, nachfolgend auch kurz als Synchronmaschine 100 bezeichnet, weist, wie insbesondere den Figuren 4 und 5 entnommen werden kann, einen Rotor 101 auf. Der Rotor 101 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotor 101 bezeichnet. Der Maschinen-Rotor 101 weist eine Rotorwelle 102 und zumindest eine an der Rotorwelle 102 drehfest versehene Spule 103 (siehe Figur 1) auf. Die Spule 103 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule 103 bezeichnet. Die Maschinen-Rotorspule 103 ist in Figur 1 als eine Induktivität und ein ohmscher Widerstand symbolisiert. Der Maschinen- Rotor 101 kann auch zwei oder mehr Maschinen-Rotorspulen 103 aufweisen, wobei nachfolgend der Einfachheit halber von einer Maschinen-Rotorspule 103 ausgegangen wird. Im Betrieb erzeugt die Maschinen-Rotorspule 103 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Synchronmaschine 100 weist ferner einen in Figur 5 vereinfacht gezeigten Stator 104 auf, der nachfolgend auch als Maschinen-Stator 104 bezeichnet wird. Zudem weist die Synchronmaschine 100 zumindest eine zum Maschinen-Stator 104 feste Spule 105 auf (siehe Figur 5), welche nachfolgend auch als Maschinen- Statorspule 105 bezeichnet wird. Im Betrieb erzeugt die zumindest eine Maschinen-Statorspule 105 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Dabei wirken Statorfeld und Rotorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor 101 im Betrieb um die Rotationsachse 90 rotiert. Zum Erzeugen des Rotorfelds benötigt der Maschinen-Rotor 101 , insbesondere die Maschinen-Rotorspule 103, eine Gleichspannung. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird diese Gleichspannung der Maschinen- Rotorspule 103 mittels der Transformator-Sekundärspule 5 und somit mittels des Drehtransformators 1 zugeführt. Zu diesem Zweck ist, wie Figur 1 entnommen werden kann, zwischen der Transformator-Sekundärspule 5 und der Maschinen- Rotorspule 103 eine Gleichrichterschaltung 6 geschaltet, welche die Transformatorspannung in die Gleichspannung umwandet. Zudem ist zu diesem Zweck, wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, der Drehtransformator- Rotor 4 drehfest an der Rotorwelle 102 und somit am Maschinen-Rotor 101 angebracht. Somit rotiert der Drehtransformator-Rotor 4 im Betrieb mit der Rotorwelle 102 und folglich mit dem Maschinen-Rotor 101 um die Rotationsachse 90. Zudem ist der Drehtransformator-Stator 2 zum Maschinen-Stator 104 fest und somit ortsfest. Die Gleichrichterschaltung 6 kann Bestandteils des Systems 0 und mit dem Drehtransformator-Rotor 4 drehfest sein.
Wie insbesondere Figur 4 ferner entnommen werden kann, ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Drehtransformator 1 an einer axialen Stirnseite der Maschinen-Rotors 101 und zur Maschinen-Rotorspule 103 sowie zur Maschinen- Statorspule 105 beabstandet angeordnet.
Die Transformator-Primärspule 3 benötigt zum Induzieren der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule 5 eine Wechselspannung. Wie Figur 1 entnommen werden kann, wird die Transformator- Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen über eine elektrische Energiequelle 201 versorgt, welche eine Gleichspannung bereitstellt. Bei der Energiequelle 201 handelt es sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen um eine Batterie 202 des Kraftfahrzeugs 200. Zum Versorgen der Transformator- Primärspule 3 mit der Wechselspannung ist zwischen der Energiequelle 201 und der Transformator-Primärspule 3 eine Wechselrichterschaltung 7 vorgesehen. Die Wechselrichterschaltung 7 wandelt die Gleichspannung der Energiequelle 201 in die Wechselspannung für die Transformator-Primärspule 3 um. Vorstellbar ist es dabei, dass die Wechselrichterschaltung 7 einen Umrichter umfasst.
Wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, weist der Drehtransformator- Rotor 4 in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine Leiterplatte 8 auf, welche mit der Transformator-Sekundärspule 5 versehen ist. Die Leiterplatte 8 ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine runde Form, auf, ist also in der Art einer runden Scheibe bzw. eines Rings ausgebildet. Die Transformator- Sekundärspule 5 weist in den gezeigten Ausführungsbeispielen zumindest eine Leiterbahn 9 der Leiterplatte 8 auf, welche nachfolgend auch als Transformator- Leiterbahn 9 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht die Transformator-Sekundärspule 5 aus der zumindest einen Transformator- Leiterbahn 9 und ist als eine Planarwicklung 10 ausgebildet. Dabei weist die Leiterplatte 8, wie den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann, in den gezeigten Ausführungsbeispielen zwei zueinander axial beabstandete Transformator- Leiterbahnen 9 auf, welche die Rotationsachse 90 spiralförmig umgeben. Zudem ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen die zumindest eine Transformator- Leiterbahn 9 gänzlich in der Leiterplatte 8 angeordnet.
Die drehfeste Verbindung der Rotorwelle 102 mit dem Drehtransformator-Rotor 4 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, über eine in der Leiterplatte 8 zentrale Öffnung 14 realisiert, durch welche die Rotorwelle 102 greift.
Wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, ist die Transform ator- Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen als eine Flachspule 11 ausgebildet. Wie den Figuren 2 bis 4 ferner entnommen werden kann, sind die Transformator-Primärspule 3 und die Transformator-Sekundärspule 5 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in einem zum Drehtransformator-Stator 2 festen Magnetkern 12, insbesondere in einem Ferritkern 13 angeordnet. Der Magnetkern 12 wird nachfolgend auch als Transformator-Magnetkern 12 bezeichnet. Der Transformator-Magnetkern 12 ist radial innen offen, sodass die Leiterplatte 9 mit der Transformator-Sekundärspule 5 in den Transformator-Magnetkern 12 eindringt und darin rotierbar angeordnet ist. Zudem weist der Transformator-Magnetkern 12 eine axial offene Ausnehmung 15 auf, in welcher die Transformator-Primärspule 3 angeordnet ist.
In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gleichrichterschaltung 6 rein beispielhaft als ein Brückengleichrichter 16 mit vier Dioden Da-d ausgebildet. Zudem ist die Wechselrichterschaltung 7 rein beispielhaft als ein Vollbrückenwechselrichter 17 ausgebildet, der vier Transistoren Ta-d und zwei Treiberschaltungen Sa, Sb für die Transistoren Ta-d aufweist.
Das System 0 weist, wie Figur 1 entnommen werden kann, eine Signalübertragungseinrichtung 20 zum Übertragen von Betriebssignalen mit dem Drehtransformator-Rotor 4 auf. Zu diesem Zweck weist die Signalübertragungseinrichtung 20 eine am Drehtransformator-Rotor 4 drehfeste Spule 21 und eine zum Drehtransformator-Stator 2 feste Spule 22 auf, welche im Betrieb zur Signalübertragung induktiv Zusammenwirken. Die Spule 21 wird nachfolgend auch als Rotorsignalspule 21 bezeichnet. Die Spule 22 wird nachfolgend auch als
Statorsignalspule 22 bezeichnet. Dabei ist die Transformator-Primärspule 3 elektrisch von der Statorsignalspule 22 und die Rotorsignalspule 21 elektrisch von der der Transformator-Sekundärspule 5 getrennt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Rotorsignalspule 21 und die Statorsignalspule 22 axial gegenüberliegend angeordnet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient die Signalübertragungseinrichtung 20 dem Übertragen von Betriebssignalen zwischen dem Drehtransformator-Rotor 4 und dem Drehtransformator-Stator 3. Zum Übertragen eines Betriebssignals an die Rotorsignalspule 21 und somit an den Drehtransformator-Rotor 4 induziert also die Statorsignalspule 22 in der Rotorsignalspule 21 eine Wechselspannung. Zum Übertragen eines Betriebssignals an die Statorsignalspule 22 und somit an den Drehtransformator-Stator 3 oder an den Maschinen-Stator 3 induziert die Rotorsignalspule 21 eine Wechselspannung in der Statorsignalspule 22. Die jeweils induzierte Wechselspannung wird nachfolgend auch als Signalspannung bezeichnet. Die Signalspannung beinhaltet also jeweils das Betriebssignal, entspricht insbesondere dem Betriebssignal. Natürlich können auch mehrere Betriebssignale zusammen oder nacheinander übertragen werden.
Mit dem Betriebssignal ist es insbesondere möglich, den Drehtransformator 1 an den Erfordernissen des Synchronmotors 100 anzupassen. Insbesondere kann somit das Rotorfeld genauer geändert und/oder genauer angepasst werden. Ebenso können mit dem Betriebssignal Diagnosewerte der Synchronmaschine 100 und/oder des Drehtransformators 1 übertragen und somit der Betrieb der Synchronmaschine 100 und/oder des Drehtransformators 1 verbesserte werden. Beim jeweiligen Betriebssignal kann es sich insbesondere um die an der Maschinen-Rotorspule 105 anliegenden Spannung und/oder um einen durch die Maschinen-Rotorspule 105 fließenden elektrischen Strom handeln. Das Betriebssignal kann ebenso ein Triggersignal für nicht gezeigte Schutzschaltungen am Drehtransformator-Rotor 4 und/oder am Maschinen-Rotor 101 und/oder eine Temperatur, beispielsweise der Maschinen-Rotorspule 103, sein.
Wie den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann, kann die Rotorsignalspule 21 zumindest eine Leiterbahn 23 der Leiterplatte 8 aufweisen, welche nachfolgend auch als Signal-Leiterbahn 23 bezeichnet wird. Die zumindest eine Signal- Leiterbahn 23 ist elektrisch von der zumindest einen Transformator-Leiterbahn 9 getrennt. Die Signal-Leiterbahn 23 kann die Rotationsachse 90 umgebend, insbesondere kreis- oder spiralförmig, verlaufen. Insbesondere ist die Rotorsignalspule 21 durch zumindest eine Signal-Leiterbahn 23 der Leiterplatte 8 gebildet. Dabei weist die Rotorsignalspule 21 in den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 beispielhaft eine einzige solche Signal-Leiterbahn 23 auf. In den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Signal-Leiterbahn 23 gänzlich innerhalb der Leiterplatte 8 angeordnet.
Wie insbesondere den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, ist die Rotorsignalspule
21 in den gezeigten Ausführungsbeispielen zur Transformator-Sekundärspule 5 radial beabstandet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Rotorsignalspule 21 zur Transformator-Sekundärspule 5 radial nach innen versetzt angeordnet. Entsprechend ist auch die Statorsignalspule 22 zur Transform ator- Primärspule 3 radial beabstandet, in den gezeigten Ausführungsbeispielen radial nach innen versetzt angeordnet.
Wie Figur 1 entnommen werden kann, weist die Signalübertragungseinrichtung 20 sowohl rotorseitig als auch statorseitig eine Einheit 24 zum Verarbeiten des jeweils empfangenen Betriebssignals auf, welche nachfolgend auch als Signaleinheit 24 bezeichnet wird. Die jeweilige Signaleinheit 24 ist der zugehörigen Signalspule 21 ,
22 nachgeschaltet. Zudem weist die Signalübertragungseinrichtung 20 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen der jeweiligen Signaleinheit 24 und der zugehörigen Signalspule 21 , 22 einen elektrischen Filter 25 zum Filtern der mittels der zugehörigen Signalspule 21 , 22 empfangenen Betriebssignals auf. Das heißt, dass die Signalübertragungseinrichtung 20 eine am Drehtransformator-Rotor 4 drehfeste Rotorsignaleinheit 24a zum Verarbeiten eines mittels der Rotorsignalspule 21 empfangenen Betriebssignals aufweist, welche der Rotorsignalspule 21 nachgeschaltet ist. Zwischen der Rotorsignalspule 21 und der Rotorsignaleinheit 24a ist ein elektrischer Filter 25a zum Filtern des mittels der Rotorsignalspule 21 empfangenen Betriebssignals geschaltet. Ferner weist die Signalübertragungseinrichtung 20 eine zum Drehtransformator-Stator 2 feste Statorsignaleinheit 24b zum Verarbeiten eines mittels der Statorsignalspule 22 empfangenen Betriebssignals auf, welche der Statorsignalspule 22 nachgeschaltet ist. Zwischen der Statorsignalspule 22 und der Statorsignaleinheit 24b ist ein elektrischer Filter 25b zum Filtern des mittels der Statorsignalspule 22 empfangenen Betriebssignals geschaltet. Somit können insbesondere Störungen im jeweils empfangenen Betriebssignal, insbesondere in der jeweiligen Signalspannung, welche beispielsweise durch magnetische Kopplungen mit der Transformator-Primärspule 3 und/oder mit der Transformator-Sekundärspule 5 entstehen können, rausgefiltert werden.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die jeweilige Einheit 24 auch zum Erzeugen eines Betriebssignals ausgestaltet sein, welches mittels der zugehörigen Signalspule 21 , 22 an die anderen Signalspule 21 , 22 übermittelt wird.
Wie in Figur 1 angedeutet, kann die Rotorsignaleinheit 24a zwischen der Gleichrichterschaltung 6 und der Maschinen-Rotorspule 103 eine Spannung und/oder einen Strom abgreifen, um beispielsweise die an der Maschinen- Rotorspule 103 anliegende Spannung und/oder den durch die Maschinen- Rotorspule 103 fließenden Strom zu bestimmen und als Betriebssignal zu übertragen. Ebenso kann die Rotorsignaleinheit 24a auf diese Weise elektrisch versorgt sein.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind auch die Statorsignalspule 22 und die Rotorsignalspule 21 im Transformator-Magnetkern 12 angeordnet.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 unterscheidet sich hiervon dadurch, dass die Statorsignalspule 22 und die Rotorsignalspule 21 in einem zum Transformator- Magnetkern 12 radial beabstandeten Signal-Magnetkern 26 angeordnet sind. Somit werden mögliche magnetische Kopplungen zwischen der Signalübertragungseinrichtung 20 und den der Transformator-Primärspule 3 und/oder der Transformator-Sekundärspule 5 zumindest reduziert. Dabei ist der Signal-Magnetkern 26 vorteilhaft ortsfest, also zum Drehtransformator-Stator 2 fest. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Signal-Magnetkern 26 zum Transformator-Magnetkern 12 radial nach innen versetzt angeordnet. Dabei ist die Leiterplatte 8 radial durch den Signal-Magnetkern 26 geführt.
*****

Claims

24
Ansprüche System (0) mit einem elektrischer Drehtransformator (1 ) zur induktiven Energieübertragung,
- wobei der Drehtransformator (1 ) einen Drehtransformator-Stator (2) mit einer Transformator-Primärspule (3) aufweist,
- wobei der Drehtransformator (1 ) einen im Betrieb relativ zum Drehtransformator-Stator (2) um eine axial verlaufende Rotationsachse (90) rotierenden Drehtransformator-Rotor (4) mit einer Transformator- Sekundärspule (5) aufweist,
- wobei die Transformator-Sekundärspule (5) und die Transform ator- Primärspule (3) im Betrieb zum Erzeugen einer Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule (5) induktiv Zusammenwirken,
- mit einer Signalübertragungseinrichtung (20) zum Übertragen von Betriebssignalen mit dem Drehtransformator-Rotor (4),
- wobei die Signalübertragungseinrichtung (20) eine zum Drehtransformator-Rotor (4) drehfeste Rotorsignalspule (21 ) und eine zum Drehtransformator-Stator (2) feste Statorsignalspule (22) aufweist, welche im Betrieb zur Signalübertragung induktiv Zusammenwirken,
- wobei die Statorsignalspule (22) elektrisch von der Transformator- Primärspule (3) und die Rotorsignalspule (21 ) elektrisch von der der Transformator-Sekundärspule (5) getrennt ist. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungseinrichtung (20) im Betrieb mit einer niedrigeren Frequenz betrieben ist als der Drehtransformator (1 ). System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtransformator-Rotor (4) eine Leiterplatte (8) aufweist, welche mit der Transformator-Sekundärspule (5) versehen ist. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformator-Sekundärspule (5) zumindest eine Transformator- Leiterbahn (9) der Leiterplatte (8) aufweist. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorsignalspule (21) zumindest eine Signal-Leiterbahn (23) der Leiterplatte (8) aufweist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorsignalspule (21) zur Transformator-Sekundärspule (5) radial beabstandet ist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Signalübertragungseinrichtung (20) eine am Drehtransformator- Rotor (4) drehfeste Rotorsignaleinheit (24a) zum Verarbeiten eines mittels der Rotorsignalspule (21) empfangenen Betriebssignals aufweist, welche der Rotorsignalspule (21) nachgeschaltet ist,
- dass zwischen der Rotorsignalspule (21) und der Rotorsignaleinheit (24a) ein elektrischer Filter (25a) zum Filtern des mittels der Rotorsignalspule (21 ) empfangenen Betriebssignals geschaltet ist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Signalübertragungseinrichtung (20) eine zum Drehtransformator- Stator
(2) feste Statorsignaleinheit (24b) zum Verarbeiten eines mittels der Statorsignalspule (22) empfangenen Betriebssignals aufweist, welche der Statorsignalspule (22) nachgeschaltet ist,
- dass zwischen der Statorsignalspule (22) und der Statorsignaleinheit (24b) ein elektrischer Filter (25b) zum Filtern des mittels der Statorsignalspule (22) empfangenen Betriebssignals geschaltet ist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformator-Sekundärspule (5) und die Transformator- Primärspule
(3) in einem zum Drehtransformator-Stator (2) festen Transformator-Magnetkern (12) angeordnet sind. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorsignalspule (22) und die Rotorsignalspule (21 ) im Transformator-Magnetkern (12) angeordnet sind. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorsignalspule (22) und die Rotorsignalspule (21 ) in einem zum Transformator-Magnetkern (12) radial beabstandeten Signal-Magnetkern (26) angeordnet sind. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehtransformator-Rotor
(4) eine der Transformator-Sekundärspule 27
(5) nachgeschaltete Gleichrichterschaltung (6) aufweist. Fremderregte elektrische Synchronmaschine (100),
- mit einem Maschinen-Rotor (101 ), der einer Rotorwelle (102) und eine an der Rotorwelle (102) drehtest versehene Maschinen-Rotorspule (103) aufweist, welche im Betrieb ein magnetisches Rotorfeld erzeugt
- mit einem Maschinen-Stator (104), der eine zum Maschinen-Stator (104) feste Maschinen-Statorspule (105) aufweist, welche im Betrieb ein magnetisches Statorfeld erzeugt, welches mit dem Rotorfeld derart zusammenwirkt, dass der Maschinen-Rotor (101 ) im Betrieb um eine axiale Rotationsachse (90) rotiert,
- mit einem System (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
- wobei der Drehtransformator-Stator (2) zum Maschinen-Stator (104) fest ist,
- wobei der Drehtransformator-Rotor (4) drehfest am Maschinen-Rotor (101 ) angebracht ist,
- wobei die Maschinen-Rotorspule (103) mit der Transformator- Sekundärspule (5) verbunden ist, derart, dass die Maschinen-Rotorspule (103) mit einer Gleichspannung zum Erzeugen des Rotorfeld versorgt ist. Kraftfahrzeug (200) mit einer Synchronmaschine (100) nach Anspruch 13 und mit einem elektrischen Energiequelle (201 ), wobei die Energiequelle (201 ) über eine Wechselrichterschaltung (7) mit der Transform ator- Primärspule (3) verbunden ist. Verwendung einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine (100) nach Anspruch 13 als Traktionsmotor (120).
PCT/EP2022/079273 2021-10-27 2022-10-20 System mit elektrischem drehtransformator WO2023072736A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280072366.2A CN118202561A (zh) 2021-10-27 2022-10-20 具有电动旋转变压器的系统

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021212148.9 2021-10-27
DE102021212148.9A DE102021212148A1 (de) 2021-10-27 2021-10-27 System mit elektrischem Drehtransformator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023072736A1 true WO2023072736A1 (de) 2023-05-04

Family

ID=84358465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/079273 WO2023072736A1 (de) 2021-10-27 2022-10-20 System mit elektrischem drehtransformator

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN118202561A (de)
DE (1) DE102021212148A1 (de)
WO (1) WO2023072736A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002067276A1 (de) * 2001-02-17 2002-08-29 Robert Bosch Gmbh Drehtransformator
US20140098929A1 (en) * 2006-12-20 2014-04-10 Analogic Corporation Non-contact rotary power transfer system
DE102013209216A1 (de) * 2013-05-17 2014-11-20 Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg Übertragungsschaltung und rotationsübertrager
DE102017214766A1 (de) * 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh Leistungsübertragungssystem zum Erzeugen eines Stroms in einer Erregerwicklung eines Rotors einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine und Kraftfahrzeug
EP2869316B1 (de) 2013-10-24 2020-03-25 Rosemount Aerospace Inc. Rotierende Transformatoren für elektrische Maschinen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3908982A1 (de) 1989-03-18 1990-09-27 Scherz Michael Uebertragungsvorrichtung
US6512437B2 (en) 1997-07-03 2003-01-28 The Furukawa Electric Co., Ltd. Isolation transformer
DE10344055A1 (de) 2003-09-23 2005-04-21 Siemens Ag Induktiver Drehübertrager
DE102009014961B4 (de) 2009-03-30 2022-06-15 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Elektromaschine, insbesondere fremderregte Synchronmaschine
DE102013002052B4 (de) 2013-01-15 2018-10-11 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Drehübertrager
DE102015206919A1 (de) 2015-04-16 2016-10-20 Ford Global Technologies, Llc Elektro-Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren für ein Elektro-Kraftfahrzeug

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002067276A1 (de) * 2001-02-17 2002-08-29 Robert Bosch Gmbh Drehtransformator
US20140098929A1 (en) * 2006-12-20 2014-04-10 Analogic Corporation Non-contact rotary power transfer system
DE102013209216A1 (de) * 2013-05-17 2014-11-20 Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg Übertragungsschaltung und rotationsübertrager
EP2869316B1 (de) 2013-10-24 2020-03-25 Rosemount Aerospace Inc. Rotierende Transformatoren für elektrische Maschinen
DE102017214766A1 (de) * 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh Leistungsübertragungssystem zum Erzeugen eines Stroms in einer Erregerwicklung eines Rotors einer elektrischen Maschine sowie elektrische Maschine und Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
CN118202561A (zh) 2024-06-14
DE102021212148A1 (de) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0520535B1 (de) Vorrichtung zur Übertragung von elektrischer Energie und Daten in Kraftfahrzeugen
EP1897242B1 (de) System zur berührungslosen energieübertragung
EP2409306B1 (de) Drehübertrager und fremderregte synchronmaschine
EP3385125B1 (de) Kraftfahrzeug
WO2023072736A1 (de) System mit elektrischem drehtransformator
DE19957621C2 (de) Anordnung zur Übertragung elektrischer Signale zwischen bewegten Teilen mit verringerter Wegezahl
EP2551999A1 (de) Elektrische Maschine mit schleifringloser Erregung
DE102010063734B4 (de) Elektrische Maschine
DE102021212143A1 (de) Anordnung mit einem elektrischen Drehtransformator
DE102015206253A1 (de) Leistungsübertragungssystem
EP0286095B1 (de) Einrichtung zur indiktiven Energieversorgung einer auf einer rotierenden Welle angeordneten elektrischen Schaltung
EP3963617B1 (de) Antriebssystem für einen schalter und ein verfahren zum antreiben eines schalters
WO2023072738A1 (de) Fremderregte elektrische synchronmaschine
WO2023072768A1 (de) Elektrischer drehtransformator zur induktiven energieübertragung
DE102021212001A1 (de) Baugruppe für einen Drehtransformator-Rotor
DE102014110863B4 (de) Elektrische Leistungsanordnung für ein Fahrzeug
DE102019124226A1 (de) Elektrische Maschine mit Schultern zwischen mehreren Leitern und Laschen eines Wicklungsaufnahmebereiches eines Stators oder eines Rotors
DE102021211474A1 (de) Elektrischer Drehtransformator
DE102021212000B3 (de) Elektrischer Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung und fremderregte elektrische Synchronmaschine
EP3629460A1 (de) Stromkompensierte drosselvorrichtung
DE102017213022B4 (de) Vorrichtung zum reduzieren von wellenströmen bei einer elektrischen maschine
DE3490392T1 (de) Kompakte Widerstandsanordnung für umlaufende elektrische Maschine
DE102021212003A1 (de) Maschinen-Rotor für eine fremderregte elektrische Synchronmaschine
DE102021212149A1 (de) Drehtransformatorsystem
DE102016212999A1 (de) Drehbarer induktiver Koppler

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22803292

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)