WO2024153370A1 - Rotor für eine fremderregte synchronmaschine - Google Patents

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WO2024153370A1
WO2024153370A1 PCT/EP2023/083136 EP2023083136W WO2024153370A1 WO 2024153370 A1 WO2024153370 A1 WO 2024153370A1 EP 2023083136 W EP2023083136 W EP 2023083136W WO 2024153370 A1 WO2024153370 A1 WO 2024153370A1
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WO
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rotor
rectifier
synchronous machine
winding heads
rotor according
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Rainer Leutenmaier
Michael Rehermann
Christoph Schmülling
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Mahle International GmbH
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    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb

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 a separately excited synchronous machine with such a rotor.
  • DE 10 2016 216 180 A1 discloses a rotor with a rotor core arranged on a rotor shaft, which accommodates rotor windings with winding heads.
  • the winding heads protrude over one end face of the rotor core.
  • a rectifier for rectifying an induced current is also arranged on the rotor.
  • the rectifier is arranged axially adjacent to the rotor windings and outside them, whereby the arrangement of the rectifier requires additional axial installation space.
  • Fluid-cooled electric motors are known from US 6 515 383 A and US 2009 / 195 092 A1.
  • So-called electrically separately excited synchronous machines require a direct electrical current to generate the magnetic rotor field. This process is referred to as "rotor excitation".
  • the rotor current is transferred to the rotating rotor as a direct electrical current using so-called carbon brush slip ring contacts.
  • carbon brush slip ring contacts so-called carbon brush slip ring contacts.
  • the disadvantage of this is that It turns out that the carbon brushes wear out due to wear, especially at high speeds, and can generate unwanted electrically conductive carbon dust.
  • the functional principle of said inductive energy transfer is based on an electrical transformer, whereby the primary coil of the transformer is arranged on the stator of the rotary transformer or the synchronous machine and the secondary coil on the rotating rotor. Since an electrical alternating voltage is always induced in the secondary coil during inductive energy transfer, it is necessary to electrically rectify the induced electrical alternating voltage using a suitable rectifier circuit, which can also be arranged on the rotor, i.e. to convert it into an electrical direct voltage.
  • the disadvantages of a rectifier arranged on the rotating rotor are the mechanical loads that occur during operation and a comparatively complex construction, since the rotor windings, a balancing ring, the rectifier and the winding heads of the rotor windings on the front side of the rotor windings have to be accommodated on the rotor.
  • the winding heads of the rotor windings and the rectifiers require installation space, which is particularly disadvantageous for a compact design.
  • the present invention therefore addresses the problem of providing an improved or at least an alternative embodiment for a rotor for a separately excited synchronous machine, which is characterized in particular by a reduced installation space requirement.
  • the present invention is based on the general idea of using a previously unused installation space below the winding heads of rotor windings of a rotor for a separately excited synchronous machine and installing at least parts of a rectifier there, preferably even the entire rectifier.
  • a rectifier was axially offset and arranged outside the winding heads and therefore required additional axial installation space, which led to a general lengthening of the rotor and thus also to an increase in the size of the electric motor.
  • the rotor according to the invention for a separately excited synchronous machine has a rotor shaft on which non-rotatably arranged laminated cores or generally a rotor core are arranged, on which rotor windings with winding heads are wound.
  • laminated cores can be used synonymously for a rotor core in the present application.
  • the winding heads protrude over one end of the laminated cores or the rotor core and change their direction there.
  • a rectifier for rectifying an alternating current is also provided. Between at least one winding head and the associated front side of the laminated core or the rotor core, there is a space that has not been used up to now and in which, according to the invention, at least parts of the rectifier are now arranged.
  • the rectifier expediently has a circuit board and at least one electronic component arranged thereon, in particular a diode.
  • diodes are designed, for example, as semiconductor diodes and are used to rectify the alternating current emitted, for example, by a rotary transformer in order to subsequently be able to generate a corresponding magnetic field in the rotor windings.
  • the circuit board has at least two arms, preferably four arms, each of which extends into an associated installation space below an associated winding head.
  • the arms are aligned in the radial direction with respect to a rotor axis.
  • the arms can be connected to one another at an inner end, in particular via a ring.
  • the arms can be supported directly or indirectly on the balancing ring, for example, whereby centrifugal forces that occur disadvantageously during operation of the separately excited synchronous machine can be supported.
  • the rectifier can be supported on the balancing ring via its circuit board or arms of the circuit board and/or via individual electronic components, whereby the centrifugal force load on the rectifier can be reduced overall.
  • the arms of the rectifier or its circuit board are designed to be shorter in the radial direction than the laminated cores or the rotor core, so that, for example, a balancing device can be pushed over the winding heads and the rectifier components arranged therein.
  • the balancing device can be connected directly to the laminated cores or the rotor core.
  • the balancing device surrounds the winding heads on an outer surface and on an axial end face.
  • the balancing device preferably runs with its outer surface flush with an outer surface of the rotor winding or the laminated cores and can enclose the winding heads of the rotor with the described shape, whereby they are arranged in a protected manner.
  • the balancing device forms a type of protective shield for the winding heads of the rotor and for electronic components arranged below the winding heads or generally components of the rectifier.
  • a balancing ring is provided on which the rectifier is supported.
  • the balancing ring can, for example, have support contours on which a circuit board or individual electronic components of the rectifier are supported and can thus be better protected against high stress caused by centrifugal forces.
  • the present invention is further based on the general idea of equipping a separately excited synchronous machine with an electrically energizable rotor according to one of the previous paragraphs and thereby transferring the advantages described with regard to the rotor according to the invention to the synchronous machine according to the invention.
  • this is in particular the possibility of a significantly more compact design, since no additional axial installation space outside the winding heads of the rotor windings has to be provided for the arrangement of the rectifier.
  • the rectifier and its electronic components can be arranged in a protected manner at the same time, which can also increase the service life.
  • Such a separately excited synchronous machine has, for example, an electrically energizable synchronous machine stator for generating a magnetic stator field and the previously described rotor that can rotate relative to the synchronous machine stator.
  • a separately excited synchronous machine for example an electric motor, can be used in particular in a motor vehicle, in particular in an electric vehicle, in particular also as a traction motor for a motor vehicle.
  • Fig. 1 is a side view of a rotor according to the invention in the region of a winding head and a rectifier arranged underneath
  • Fig. 2 is a sectional view through a synchronous machine according to the invention with a rotor according to the invention
  • Fig. 3 is a plan view of a part of the rotor according to the invention in the region of a rotor winding
  • Fig. 4 is a front view of a part of the rotor with rectifier according to the invention.
  • a rotor 1 according to the invention for a separately excited synchronous machine 2 has a rotor shaft 3 and laminated cores 4 arranged thereon in a rotationally fixed manner.
  • a rotor core 4' can of course also be used.
  • Rotor windings 5 with winding heads 6 arranged at the longitudinal ends are wound around the laminated cores 4, with the winding heads 6 projecting beyond an end face 8 of the laminated cores 4.
  • a rectifier 7 is also provided for rectifying an alternating current and for generating a magnetic field. Between at least one winding head 6 and an associated end face 8 of the laminated cores 4, a space 9 is arranged in which the rectifier 7 is at least partially arranged, see in particular Fig. 1 to 3.
  • the rectifier 7 can be arranged in an installation space-optimized manner and in particular without additional axial installation space required outside the winding heads 6, whereby a length of the rotor 1 in the axial direction 10 and thus also an axial length of a synchronous machine 2 equipped with such a rotor 1 can be reduced. In this way, a particularly compact synchronous machine 2 can be achieved.
  • the rectifier 7 has a circuit board 11 with electronic components 12 arranged thereon, for example diodes.
  • the circuit board 11 can also have several arms 13, in particular four arms 13 (see Fig. 4), each of which extends into an associated installation space 9 and which are connected to one another at a radially inner end, for example.
  • the arms 13 extend in the radial direction with respect to a rotor axis 14, which runs in the plane of the page according to Figs. 2 and 3 and perpendicular to the plane of the page according to Fig. 4.
  • the electronic components 12 are enclosed by the winding heads 6 or an associated winding head 6 and are thus arranged in a protected manner in the installation space 9.
  • the rotor shaft 3 has a cooling channel 16 in which a cooling medium 17 can flow.
  • the synchronous machine 2 has, in addition to the rotor 1, a stator 19 with stator windings 20 and associated winding heads 6'.
  • the synchronous machine 2 can be used in an electric vehicle as an electric motor, for example as a traction motor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine fremderregte Synchronmaschine (2), - mit auf einer Rotorwelle (3) drehfest angeordneten Blechpaketen (4), die Rotorwicklungen (5) mit Wickelköpfen (6) aufnehmen, wobei die Wickelköpfe (6) über eine Stirnseite (8) der Blechpakete (4) überstehen, - mit einem Gleichrichter (7), - wobei zwischen zumindest einem Wickelkopf (6) und der zugehörigen Stirnseite (8) der Blechpakete (4) ein Bauraum (9) angeordnet ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Gleichrichter (7) zumindest teilweise in dem Bauraum (9) angeordnet ist. Hierdurch kann eine kompakte Bauweise erreicht werden.

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 fremderregte Synchronmaschine mit einem solchen Rotor.
Aus der DE 10 2016 216 180 A1 ist ein Rotor mit einem auf einer Rotorwelle angeordneten Rotorkern bekannt, der Rotorwicklungen mit Wickelköpfen aufnimmt. Die Wickelköpfe stehen dabei über eine Stirnseite des Rotorkerns über. Ebenfalls auf dem Rotor angeordnet ist ein Gleichrichter zur Gleichrichtung eines Induktionsstroms. Der Gleichrichter ist dabei axial benachbart zu den Rotorwicklungen sowie außerhalb derselben angeordnet, wodurch die Anordnung des Gleichrichters zusätzlichen axialen Bauraum erfordert.
Aus der EP 2 267 883 B1 ist es bekannt, im Bereich von Wickelköpfen von Rotorwicklungen eines Rotors eines kommutierten Elektromotors Einfügeteile aus einem Material hoher oder niedriger magnetischer Permeabilität anzuordnen, um die Streuinduktivität in diesem Bereich zu beeinflussen.
Aus der US 6 515 383 A sowie der US 2009 / 195 092 A1 sind fluidgekühlte Elektromotoren bekannt.
Sogenannte elektrisch fremderregte Synchronmaschinen benötigen einen elektrischen Gleichstrom zur Erzeugung des magnetischen Rotorfeldes. Dieser Vorgang wird als "Rotorerregung" bezeichnet. Bei herkömmlichen Synchronmaschinen wird der Rotorstrom als elektrischer Gleichstrom mithilfe sogenannter Kohlebürste- Schleifring-Kontakte auf den sich drehenden Rotor übertragen. Als nachteilig daran erweist sich, dass sich die Kohlebürsten gerade bei hohen Drehzahlen verschleißbedingt abnutzen und dabei unerwünschten elektrisch leitenden Kohlestaub erzeugen können.
Alternativ zu einer solchen Übertragung des elektrischen Gleichstroms mit Hilfe von Schleifringen ist es bekannt, die elektrische Energieübertragung auf den sich drehenden Drehtransformator-Rotor induktiv, also drahtlos, zu realisieren. Ein solcher Aufbau wird als Teil einer fremderregten Synchronmaschine auch als "Drehtransformator" oder "rotierender Planartransformator" bezeichnet.
Das Funktionsprinzip besagter induktiver Energieübertragung basiert auf einem elektrischen Transformator, wobei die Primärspule des Transformators am Stator des Drehtransformators bzw. der Synchronmaschine angeordnet ist und die Sekundärspule am sich drehenden Rotor. Da bei der induktiven Energieübertragung in der Sekundärspule zunächst immer eine elektrische Wechselspannung induziert wird, ist es erforderlich, die induzierte elektrische Wechselspannung mithilfe einer geeigneten Gleichrichter-Schaltung, die ebenfalls am Rotor angeordnet sein kann, elektrisch gleichzurichten, also in eine elektrische Gleichspannung umzuwandeln.
Nachteilig bei einem am drehenden Rotor angeordneten Gleichrichter sind die im Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen sowie eine vergleichsweise komplexe Konstruktion, da auf dem Rotor die Rotorwicklungen, ein Auswuchtring, der Gleichrichter sowie stirnseitig der Rotorwicklungen Wickelköpfe der Rotorwicklungen untergebracht werden müssen. Die Wickelköpfe der Rotorwicklungen und die Gleichrichter benötigen dabei Bauraum, was insbesondere für eine kompakte Bauweise nachteilig ist. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen reduzierten Bauraumbedarf auszeichnet.
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 bislang nicht genutzten Bauraum unterhalb von Wickelköpfen von Rotorwicklungen eines Rotors für eine fremderregte Synchronmaschine zu nutzen und dort zumindest Teile eines Gleichrichters, vorzugsweise diesen sogar komplett dort anzubringen. Ein derartiger Gleichrichter war bei vergleichbaren Elektromotoren aus dem Stand der Technik axial versetzt und außerhalb der Wickelköpfe angeordnet und erforderte deshalb zusätzlichen axialen Bauraumbedarf, was zu einer generellen Verlängerung des Rotors und damit auch zu einer Vergrößerung des Elektromotors führte. Der erfindungsgemäße Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine besitzt eine Rotorwelle, auf der drehfest angeordnete Blechpakete bzw. generell ein Rotorkern angeordnet sind/ist, auf welchen/welchem Rotorwicklungen mit Wickelköpfen aufgewickelt sind. Generell kann in der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Blechpakete" synonym für einen Rotorkern verwendet werden. Die Wickelköpfe stehen dabei über eine Stirnseite der Blechpakete bzw. des Rotorkerns über und ändern dort ihre Richtung. Ebenfalls vorgesehen ist ein Gleichrichter zum Gleichrichten eines Wechselstroms. Zwischen zumindest einem Wickelkopf und der zugehörigen Stirnseite der Blechpakete bzw. des Rotorkerns ist dabei ein Bauraum vorhanden, der bislang ungenutzt ist und in dem erfindungsgemäß nun zumindest Teile des Gleichrichters angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, zumindest Teile des Gleichrichters unterhalb der Wickelköpfe, d. h. zwischen denselben und den Blechpaketen anzuordnen und dadurch auf eine Anordnung des Gleichrichters axial versetzt und außerhalb der Wickelköpfe zu verzichten, wodurch eine besonders kompakte Bauweise des Rotors und damit indirekt auch einer mit einem solchen Rotor ausgestatteten Synchronmaschine erreicht werden kann.
Zweckmäßig besitzt der Gleichrichter eine Leiterplatte und zumindest ein darauf angeordnetes Elektronikbauteil, insbesondere eine Diode. Derartige Dioden sind beispielsweise als Halbleiterdioden ausgebildet und dienen dem Gleichrichter des beispielsweise von einem Drehtransformator abgegebenen Wechselstroms, um nachfolgend in den Rotorwicklungen ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen zu können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors besitzt die Leiterplatte zumindest zwei Arme, vorzugsweise vier Arme, die sich jeweils in einen zugehörigen Bauraum unterhalb eines zugehörigen Wickelkopfs erstrecken.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist dabei die Leiterplatte eine der Anzahl der Bauräume entsprechende Anzahl an Armen auf, sodass sich in jeden Bauraum zwischen zugehörigem Wickelkopf und Stirnseite der Blechpakete bzw. des Rotorkerns, ein zugehöriger Arm mit zugehörigen Elektronikbauteilen erstreckt. Dabei kann der Gleichrichter selbst unwuchtfrei ausgebildet sein, oder eine gewisse Unwucht aufweisen, welche durch einen ebenfalls an dem Rotor angeordneten Auswuchtring kompensierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors sind die Arme in Radialrichtung bezüglich einer Rotorachse ausgerichtet. Die Arme können dabei an einem innen liegenden Ende miteinander, insbesondere über einen Ring, verbunden sein. An ihrem äußeren Ende können sich die Arme beispielsweise direkt oder indirekt an dem Auswuchtring abstützen, wodurch nachteilig beim Betrieb der fremderregten Synchronmaschine auftretende Fliehkräfte abgestützt werden kön- nen. Dabei kann sich der Gleichrichter über seine Leiterplatte bzw. Arme der Leiterplatte und/oder über einzelne Elektronikbauteile an dem Auswuchtring abstützen, wodurch eine Fliehkraftbelastung für den Gleichrichter insgesamt reduziert werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors sind die Arme des Gleichrichters bzw. dessen Leiterplatte in Radialrichtung kürzer ausgebildet als die Blechpakete bzw. der Rotorkern, sodass beispielsweise ein Auswuchtung über die Wickelköpfe und die darin angeordneten Gleichrichterbestandteile geschoben werden kann. Der Auswuchtung kann in diesem Fall direkt mit den Blechpaketen bzw. dem Rotorkern verbunden sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Rotors sind die Elektronikbauteile des Gleichrichters von zugehörigen Wickelköpfen umschlossen. Hierdurch kann eine geschützte Anordnung der Elektronikbauteile unterhalb der Wickelköpfe erreicht werden, wodurch ein Risiko der Beschädigung derartiger Elektronikbauteile reduziert und dadurch die Funktionsfähigkeit und/oder die Lebensdauer des Rotors und damit der mit einem solchen Rotor ausgestatteten fremderregten Synchronmaschine gesteigert werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors umgreift der Auswuchtung die Wickelköpfe an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite. Der Auswuchtung verläuft dabei mit seiner Außenmantelfläche vorzugsweise oberflächenfluchtend mit einer Außenmantelfläche der Rotorwicklung bzw. der Blechpakete und kann mit der beschriebenen Form die Wickelköpfe des Rotors einhausen, wodurch diese geschützt angeordnet sind. Der Auswuchtung bildet in diesem Fall somit eine Art Schutzschild für die Wickelköpfe des Rotors und für unterhalb der Wickelköpfe angeordnete Elektronikbauteile bzw. generell Bestandteile des Gleichrichters. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform steht der Auswuchtring in wärmeübertragendem Kontakt mit der Rotorwelle, wodurch über die Rotorwelle eine Kühlung des Auswuchtrings und darüber der Wickelköpfe bzw. der darunter angeordneten Bestandteile des Gleichrichters ermöglicht wird. Verstärkt werden kann ein derartiger Kühleffekt, der zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der fremderregten Synchronmaschine beitragen kann, durch das Vorsehen eines Kühlkanals in der Rotorwelle, durch welchen ein Kühlmedium strömt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist ein Auswuchtring vorgesehen, an dem sich der Gleichrichter abstützt. Hierzu kann der Auswuchtring beispielsweise Stützkonturen aufweisen, an welchen sich eine Leiterplatte bzw. einzelne Elektronikbauteile des Gleichrichters abstützen und dadurch besser vor einer hohen Belastung durch Fliehkräfte geschützt werden können. Durch eine Reduzierung der Fliehkraftbelastung auf den Gleichrichter ist es generell möglich, dessen Belastung zu reduzieren und dadurch dessen Lebensdauer zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine fremderregte Synchronmaschine mit einem elektrisch bestrombaren Rotor nach einem der vorherigen Absätze auszustatten und dadurch die bezüglich des erfindungsgemäßen Rotors beschriebenen Vorteile auf die erfindungsgemäße Synchronmaschine zu übertragen. Konkret handelt es sich dabei insbesondere um die Möglichkeit einer deutlich kompakteren Bauweise, da für die Anordnung des Gleichrichters kein zusätzlicher axialer Bauraumbedarf außerhalb der Wickelköpfe der Rotorwicklungen mehr vorgesehen werden muss. Durch die Anordnung des Gleichrichters unterhalb der Wickelköpfe kann der Gleichrichter bzw. dessen Elektronikbauteile zugleich geschützt angeordnet werden, wodurch auch hiermit eine Erhöhung der Lebensdauer erreicht werden kann. Eine solche fremderregte Synchronmaschine besitzt dabei beispielsweise einen elektrisch bestrombaren Synchronmaschinen-Stator zum Erzeugen eines magnetischen Statorfeldes sowie den zuvor beschriebenen und gegenüber dem Synchronmaschinen-Stator drehbaren Rotor. Eine solche fremderregte Synchronmaschine, beispielsweise ein Elektromotor, kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Elektrofahrzeug, eingesetzt werden, insbesondere auch als Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug.
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. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen erfindungsgemäßen Rotor im Bereich eines Wickelkopfes sowie eines darunter angeordneten Gleichrichters, Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Synchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des erfindungsgemäßen Rotors im Bereich einer Rotorwicklung,
Fig. 4 eine Frontalansicht auf einen Teil des erfindungsgemäßen Rotors mit Gleichrichter.
Entsprechend den Fig. 1 bis 4 weist ein erfindungsgemäßer Rotor 1 für eine fremderregte Synchronmaschine 2 (vergleiche Fig. 2) eine Rotorwelle 3 sowie drehfest darauf angeordnete Blechpakete 4 auf. Analog zu den Blechpaketen 4 kann selbstverständlich auch ein Rotorkern 4' eingesetzt werden. Um die Blechpakete 4 sind Rotorwicklungen 5 mit längsendseitig angeordneten Wickelköpfen 6 gewickelt, wobei die Wickelköpfe 6 über eine Stirnseite 8 der Blechpakete 4 überstehen. Darüber hinaus vorgesehen ist ein Gleichrichter 7 zum Gleichrichten eines Wechselstroms und zum Erzeugen eines Magnetfeldes. Zwischen zumindest einem Wickelkopf 6 und einer zugehörigen Stirnseite 8 der Blechpakete 4 ist dabei ein Bauraum 9 angeordnet, in welchem der Gleichrichter 7 zumindest teilweise angeordnet ist, vgl. insbesondere Fig. 1 bis 3.
Durch die Nutzung des bislang nicht genutzten Bauraums 9 kann der Gleichrichter 7 bauraumoptimiert und insbesondere ohne zusätzlichen außerhalb der Wickelköpfe 6 erforderlichen axialen Bauraum angeordnet werden, wodurch eine Länge des Rotors 1 in Axialrichtung 10 und damit auch eine axiale Länge einer mit einem solchen Rotor 1 ausgestatteten Synchronmaschine 2 reduziert werden kann. Hierdurch kann eine besonders kompakt bauende Synchronmaschine 2 erreicht werden. Der Gleichrichter 7 besitzt dabei eine Leiterplatte 11 mit darauf angeordneten Elektronikbauteilen 12, beispielsweise Dioden. Die Leiterplatte 11 kann darüber hinaus mehrere Arme 13, insbesondere vier Arme 13 (vergleiche Fig. 4) aufweisen, die sich jeweils in einen zugehörigen Bauraum 9 erstrecken und die an einem radial innenliegenden Ende beispielsweise miteinander verbunden sind. Die Arme 13 erstrecken sich dabei in Radialrichtung bezüglich einer Rotorachse 14, welche entsprechend den Fig. 2 und 3 in der Blattebene und entsprechend der Fig. 4 senkrecht zur Blattebene verläuft.
Die Elektronikbauteile 12 sind dabei im Einbauzustand von den Wickelköpfen 6 bzw. einem zugehörigen Wickelkopf 6 umschlossen und dadurch geschützt im Bauraum 9 angeordnet.
Weiter vorgesehen sein kann ein Auswuchtring 15 (vergleiche Fig. 2 und 3), der die Wickelköpfe 6 an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite umgreift und dadurch ebenfalls eine geschützte Anordnung der Wickelköpfe 6 ermöglicht. Der Gleichrichter 7 kann sich dabei an dem Auswuchtring 15 bzw. an dort angeordneten Abstützkonturen abstützen, wodurch eine auf den Gleichrichter 7 wirkende Fliehkraftbelastung deutlich reduziert werden kann. Denkbar hierbei ist auch, dass sich nur Teile des Gleichrichters 7, beispielsweise dessen Leiterplatte 11 oder zumindest ein Elektronikbauteil 12 an dem Auswuchtring 15 abstützt.
Betrachtet man die Fig. 2 und 4 weiter, so kann man erkennen, dass die Rotorwelle 3 einen Kühlkanal 16 aufweist, in welchem ein Kühlmedium 17 strömen kann.
Durch das Kühlmedium 17 ist dabei eine Kühlung der Rotorwelle 3 und damit indirekt auch eine Kühlung des Gleichrichters 6 möglich. Darüber hinaus ist es vorstellbar, dass der Auswuchtring 15 zumindest bereichsweise wärmeübertragend mit der Rotorwelle 3 verbunden ist, wodurch eine Kühlung des Auswuchtrings 15 und darüber eine Kühlung der Wickelköpfe 6 bzw. des darunter angeordneten Gleichrichters 7 ermöglicht wird. Eine Wärmeübertragung kann dabei beispielsweise an einer Stelle 18 erfolgen (vgl. Fig. 2), an welcher ein direkter Kontakt zwischen dem Auswuchtring 15 und der Rotorwelle 3 besteht. Eine Kühlung des Auswuchtrings 15 kann selbstverständlich auch über eine indirekte Kühlung der Blechpakete 4 durch die Rotorwelle 3 erfolgen. Der Auswuchtring 15 dient zum Kompensieren von Unwuchten des Rotors 1 , beispielsweise auch des Gleichrichters 7, sowie zur Abstützung desselben bzw. der Wickelköpfe 6 und damit zur Reduzierung der Fliehkraftbelastung bei hohen Drehzahlen.
Zwischen der Stirnseite 8 der Blechpakete 4 und dem zugehörigen Wickelkopf 6 der Rotorwicklung 5 kann ein Wickelkopfträger 21 angeordnet sein, der zur Stützung des Wickelkopfes 6, insbesondere beim Wickeln dient. Zur seitlichen Führung der Rotorwicklung 5 im Bereich des Wickelkopfes 6 sind Vorsprünge in der Art eines Randes vorhanden. Zwischen dem Wickelkopfträger 21 und der Stirnseite 8 des Blechpaktes 4 ist der Bauraum 9 für den Gleichrichter 7 angeordnet.
Betrachtet man die Fig. 2 weiter, so kann man erkennen, dass die Synchronmaschine 2 neben dem Rotor 1 einen Stator 19 mit Statorwicklungen 20 und zugehörigen Wickelköpfen 6' aufweist.
Die Synchronmaschine 2 kann in einem Elektrofahrzeug als Elektromotor, beispielsweise als Traktionsmotor, eingesetzt werden.
Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 und der erfindungsgemäßen Synchronmaschine 2 eine deutlich kompaktere Bauweise durch Anordnung des Gleichrichters 7 zumindest teilweise in dem bislang ungenutzten Bauraum 9 zwischen den Wickelköpfen 6 und der Stirnseite 8 der Blechpakete 4 bzw. des Rotorkerns 4' erzielt werden. Zudem kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Gleichrichters 7 in dem Bauraum 9 eine besonders geschützte und zusätzlich beispielsweise durch den Auswuchtring 15 abgestützte Unterbringung des Gleichrichters 7 erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Rotor (1 ) für eine fremderregte Synchronmaschine (2),
- mit auf einer Rotorwelle (3) drehfest angeordneten Blechpaketen (4), die Rotorwicklungen (5) mit Wickelköpfen (6) aufnehmen, wobei die Wickelköpfe (6) über eine Stirnseite (8) der Blechpakete (4) überstehen,
- mit einem Gleichrichter (7),
- wobei zwischen zumindest einem Wickelkopf (6) und der zugehörigen Stirnseite (8) der Blechpakete (4) ein Bauraum (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (7) zumindest teilweise in dem Bauraum (9) angeordnet ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (7) eine Leiterplatte (11 ) und zumindest ein Elektronikbauteil (12), insbesondere eine Diode, aufweist.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (11 ) zumindest zwei Arme (13), vorzugsweise vier Arme (13), aufweist, die sich jeweils in einen zugehörigen Bauraum (9) erstrecken.
4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (13) in Radialrichtung bezüglich einer Rotorachse (14) ausgerichtet sind.
5. Rotor nach Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (13) in Radialrichtung kürzer sind als die Blechpakete (4).
6. Rotor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Elektronikbauteil (12) von einem zugehörigen Wickelkopf (6) umschlossen ist.
7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswuchtring (15) vorgesehen ist, der die Wickelköpfe (6) an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite umgreift.
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gleichrichter (7) direkt oder indirekt an dem Auswuchtring (15) abstützt.
9. Rotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rotorwelle (3) ein Kühlkanal (16) für ein Kühlmedium (17) angeordnet ist.
10. Rotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswuchtring (15) wärmeübertragend mit der Rotorwelle (3) verbunden ist.
11. Fremderregte Synchronmaschine (2), mit einem elektrisch bestrombaren Rotor (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche.
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