WO2023061990A1 - Fremderregte elektrische synchronmaschine - Google Patents

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WO2023061990A1
WO2023061990A1 PCT/EP2022/078211 EP2022078211W WO2023061990A1 WO 2023061990 A1 WO2023061990 A1 WO 2023061990A1 EP 2022078211 W EP2022078211 W EP 2022078211W WO 2023061990 A1 WO2023061990 A1 WO 2023061990A1
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WO
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coil
rotor
machine
switch
transformer
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/078211
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English (en)
French (fr)
Inventor
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
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/302—Brushless excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Definitions

  • the present invention relates to an externally excited electrical synchronous machine with a machine rotor coil which, during operation, is supplied with a DC voltage by means of a transformer coil and a rectifier circuit and generates a rotor field.
  • the invention also relates to uses of such an externally excited electrical synchronous machine.
  • a separately 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 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 generally has a machine rotor coil, which is supplied with a DC voltage for generating the magnetic field.
  • the machine rotor coil can be supplied with electrical energy inductively.
  • an AC voltage is induced in a secondary coil during operation. The induced AC voltage is converted into the required DC voltage via a rectifier circuit and fed to the machine rotor coil.
  • Such a separately excited electrical synchronous machine is known from DE 10 2016 207 392 A1.
  • the separately excited electrical synchronous machine has a smoothing capacitance parallel to the machine rotor coil and to the rectifier circuit.
  • a load element is also connected in series with the machine rotor coil.
  • the load element has two terminals which are connected to the switched switch terminals of a switch.
  • a control connection of the switch is controlled via a voltage divider. It is thus possible to demagnetize the machine rotor coil if necessary, especially in the event of a fault.
  • the present invention is concerned with the task of specifying an improved or at least different embodiment for a separately excited electrical synchronous machine of the type mentioned at the outset.
  • the present invention is concerned with the task of specifying an embodiment for the separately excited electrical synchronous machine which is distinguished by improved demagnetization of a machine rotor coil of the synchronous machine.
  • the present invention is therefore based on the general idea of using a protective circuit, which is provided for overvoltage protection of a rectifier circuit for the machine rotor coil and connected in parallel to the machine rotor coil, to demagnetize a machine rotor coil of a separately excited electrical synchronous machine, with a protective circuit between the protective circuit and a rectifier circuit arranged switch for demagnetization of the machine rotor coil separates an electrical connection of the machine rotor coil to the rectifier circuit.
  • the protective circuit is therefore used both to protect the rectifier circuit and to demagnetize the machine rotor coil. In this way, simple and reliable demagnetization is achieved by means of the protection circuit, with the energy stored in the machine rotor coil being consumed during demagnetization by means of the protection circuit. Furthermore, a simplified structure of the separately excited electrical Synchronous machine with fewer components and a reduced space requirement to implement the demagnetization.
  • the externally excited electrical synchronous machine also referred to below as synchronous machine for short, has a rotor and a stator.
  • the rotor is also referred to below as the machine rotor and the stator as the machine stator.
  • the machine rotor has a rotor shaft on which the machine rotor coil is provided in a rotationally fixed manner. During operation, the machine rotor coil generates a magnetic field, which is also referred to below as the rotor field.
  • the machine rotor coil has two connections, which are also referred to below as the first rotor coil connection and the second rotor coil connection.
  • the machine stator has at least one coil fixed to the machine stator, 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 rotor field and stator field interact in such a way that the machine rotor rotates about an axial axis of rotation.
  • the machine rotor coil requires a DC voltage, which is provided to the machine rotor coil via a coil in which an AC voltage is induced during operation. This voltage is also referred to below as the transformer voltage.
  • the coil is also referred to below as the transformer secondary coil.
  • the transformer secondary coil is therefore used to supply the machine rotor coil with electricity.
  • the transformer secondary coil is non-rotatably connected to the machine rotor.
  • the rectifier circuit is connected between the transformer secondary coil and the machine rotor coil. In operation, the rectifier circuit converts the transformer voltage induced in the transformer secondary coil into the DC voltage for the machine rotor coil.
  • the rectifier circuit is designed accordingly.
  • the rectifier circuit has two terminals, which are also referred to below as first rectifier connection and second rectifier connection are referred to.
  • the protective circuit serves to protect the rectifier circuit against overvoltage and has two terminals, which are also referred to below as the first protective terminal and the second protective terminal. In this case, the first rectifier connection is connected to the first protective connection and the second rectifier connection is connected to the second protective connection.
  • the first protection terminal is connected to the first rotor coil terminal and the second protection terminal is connected to the second rotor coil terminal such that the protection circuit is connected in parallel between the machine rotor and the rectifier circuit.
  • the switch is arranged between the second rectifier connection and the second protection connection.
  • the synchronous machine has a trigger circuit which is connected to the switch and designed in such a way that it opens the switch to demagnetize the machine rotor coil.
  • the first rectifier connection and the second rectifier connection are used to electrically connect the rectifier circuit to the machine rotor coil and are therefore output connections of the rectifier connection.
  • the rectifier circuit advantageously has two further rectifier connections on the input side for the incoming transformer AC voltage.
  • the protective circuit advantageously also serves to protect the machine rotor coil from overvoltage.
  • the rectifier circuit, the protection circuit and the trigger circuit are advantageously non-rotatable with the machine rotor. That means that the The rectifier circuit, the protection circuit and the trigger circuit rotate around the axis of rotation during operation with the machine rotor.
  • the rectifier circuit can have any configuration.
  • Embodiments are preferred in which the rectifier circuit is designed in such a way that it blocks current flows in the direction of the transformer secondary coil.
  • the rectifier circuit allows current to flow in the direction of the machine rotor coil. This accelerates the demagnetization of the machine rotor coil when the switch opens.
  • the rectifier circuit can be configured as desired.
  • the rectifier circuit can be in the form of a bridge rectifier with four diodes for this purpose.
  • the switch is only opened to demagnetize the machine rotor coil. Otherwise, the switch remains closed, so that normal operation prevails, in which the machine rotor coil is supplied with the DC voltage provided by the rectifier circuit.
  • the protective circuit is advantageously one which consumes the voltage exceeding the limit voltage when a predetermined limit voltage is exceeded.
  • the protective circuit advantageously has at least one load element, for example a suppressor diode, a varistor, an IGBT circuit and the like. If the switch for demagnetizing the machine rotor coil is opened, current can only flow via the protective circuit, which leads to a reduction in the energy stored in the machine rotor coil. In this case, the voltage at the protective circuit rises above the limit voltage, so that the protective circuit consumes the energy. At the same time, the decreasing rotor field leads to a commutation of the current and thus to a polarity reversal of the voltage at the machine rotor coil. In this way, the machine rotor coil is demagnetized more quickly via the protective circuit.
  • the switch can have any configuration, provided that it can be opened and closed with the trigger circuit.
  • the switch is advantageously designed as a transistor, preferably as a MOSFET or an IGBT.
  • the switch can advantageously be operated with as little loss as possible in the switched-on state.
  • the switch can thus be switched reliably and effectively and with low switching voltages.
  • the switch has a control connection which is connected to the trigger circuit.
  • the switch has two switched connections, which are also referred to below as the first switched switch connection and the second switched switch connection.
  • the second rectifier connection is preferably connected to the first switched switch connection and the second protective connection is connected to the second switched switch connection.
  • the control connection corresponds to the gate
  • the first switch connection preferably corresponds to the source
  • the second switch connection preferably corresponds to the drain.
  • the trigger circuit can be configured as desired, provided it opens the switch for demagnetizing the machine rotor coil.
  • the trigger circuit can be designed in such a way that it automatically opens the switch in the event of a faulty function of the transformer secondary coil and/or in the event of a missing or insufficient transformer voltage.
  • the trigger circuit has a voltage divider.
  • the voltage divider is such that the switch is opened when there is no transformer voltage. "No" transformer voltage is to be understood as meaning both a missing and an insufficient transformer voltage.
  • the voltage divider is preferably connected to the control terminal and the first switched switch terminal of the switch.
  • the voltage divider is designed accordingly.
  • the voltage divider expediently has two passive two-terminal networks, in particular two electrical resistors.
  • the voltage divider is connected to the rectifier circuit in such a way that the switch opens when there is no direct voltage from the rectifier circuit.
  • the term "absence" of direct voltage is to be understood here as meaning both a missing and an insufficient direct voltage.
  • the machine rotor coil is thus demagnetized if no DC voltage or an insufficient DC voltage is provided by the rectifier circuit.
  • the transformer voltage is induced in the transformer secondary coil by means of an electrical rotary transformer, of which the transformer secondary coil is a component. This leads to a simple, effective and reliable energy transfer to the transformer secondary coil.
  • the synchronous machine therefore preferably has the electrical rotary transformer.
  • the rotary transformer has a stator and a rotor, which are also referred to below as rotary transformer stator and rotary transformer rotor.
  • the rotary transformer stator has a coil, which is also referred to below as the transformer primary coil.
  • the rotary transformer stator is fixed to the machine stator and the rotary transformer rotor is non-rotatable with the machine rotor.
  • the rotary transformer rotor is therefore rotatable about the axis of rotation relative to the rotary transformer stator and rotates about the axis of rotation with the machine rotor during operation.
  • the machine rotor has the transformer secondary coil. In operation, the transformer primary and the transformer secondary inductively cooperate to induce the transformer voltage in the transformer secondary. This means that in operation the transformer primary coil induces the transformer voltage in the transformer secondary coil.
  • the transformer primary coil and the transformer secondary coil can be arranged axially opposite each other.
  • the transformer primary coil and the transformer secondary coil can also be arranged radially opposite each other.
  • the trigger circuit is an inductively coupled to the transformer primary coil, from the transformer Secondary coil has a separate coil, which is also referred to below as the trigger coil.
  • the transformer primary coil induces a voltage in the trigger coil, which is also referred to below as the trigger voltage.
  • the trigger coil is connected to the voltage divider in such a way that the switch opens when the trigger voltage fails to appear.
  • the term "absence" of the trigger voltage means both a missing and an insufficient trigger voltage. This means that the machine rotor coil is demagnetized as soon as no or insufficient voltage is induced by means of the transformer primary coil.
  • the trigger coil which is separate from the transformer secondary coil, prevents or at least reduces an influence of the trigger circuit on the transformer secondary coil.
  • Independent degaussing of the machine rotor coil can be accomplished by signal transmission to the trigger circuit, the trigger circuit opening the switch upon receiving a control signal.
  • the control signal can be generated and sent to the trigger circuit independently of the function of the rotary transformer and/or the machine rotor coil. In this way, a high level of flexibility is achieved when demagnetizing the machine rotor coil.
  • the synchronous machine preferably has a signal transmission device for wireless signal transmission to the trigger circuit.
  • the trigger circuit is designed in such a way that it opens the switch when the control signal is received.
  • the trigger circuit has a receiver, which is non-rotatable with the machine rotor, for receiving the control signal, or is connected to such a receiver so that it can communicate.
  • the trigger circuit can initiate a demagnetization of the machine rotor coil if there is a fault and/or an excessive electric current is flowing through the machine rotor coil.
  • the trigger circuit preferably has an ammeter.
  • the ammeter is designed in such a way that during operation it determines the electrical current flowing through the machine rotor coil.
  • the trigger circuit is designed in such a way that it opens the switch when the current determined by the ammeter exceeds a predetermined value.
  • the ammeter can have any configuration.
  • the ammeter can have a shunt and/or a Hall sensor.
  • the trigger circuit preferably has a comparator connected to the current meter and a gate driver circuit connected to the comparator and the switch.
  • the gate driver circuit is therefore connected between the comparator and the switch and is preferably connected to the control terminal of the switch.
  • the machine rotor can have two or more machine rotor coils.
  • the machine stator advantageously has at least two machine stator coils.
  • the machine stator preferably has three or an integral multiple of three machine stator coils.
  • the number of machine stator coils therefore preferably corresponds to 3*N, where N is a natural number greater than zero.
  • the synchronous machine can be used in any application.
  • the synchronous machine is used in particular in a motor vehicle, which can include a battery as the electrical energy source for operating the synchronous machine.
  • the synchronous machine is used in particular to drive the motor vehicle, so it is designed in particular as an externally excited synchronous electric motor and a traction motor.
  • the synchronous machine as a servomotor can adjust an adjustment element, in particular in a motor vehicle, during operation.
  • An externally excited electrical synchronous machine 100 can be used in a motor vehicle 200 (see FIGS. 2 to 6).
  • the externally excited electrical synchronous machine 100 can be used as a synchronous motor 110 for driving the motor vehicle 200, ie as a traction motor 120.
  • the externally excited electrical synchronous machine 100 can also be used as a synchronous motor 110 for adjusting an adjusting element, that is to say as a servomotor 130 .
  • the synchronous machine 100 has a rotor 101 .
  • the rotor 101 is also referred to below as the machine rotor 101 .
  • the machine rotor 101 has a rotor shaft 102 and a coil 103 (see FIGS. 2 to 7) which is non-rotatably provided on the rotor shaft 102 .
  • the coil 103 is also referred to below as the machine rotor coil 103 .
  • the machine rotor coil 103 generates a magnetic field, which is also referred to below as the rotor field.
  • the machine rotor coil 103 is symbolized in FIGS. 1 to 6 as an inductance and an ohmic resistance.
  • the synchronous machine 100 also has a shown in Figure 7 stator 104, 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. 7), 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 during operation in such a way that the machine rotor 101 rotates about an axial axis of rotation 90 .
  • the machine rotor 101 In particular the machine rotor coil 103, requires a DC voltage.
  • the machine rotor coil 103 has two connections 106, 107, which are also referred to below as the first rotor coil connection 106 and the second rotor coil connection 107.
  • the DC voltage is supplied to the machine rotor coil 103 by means of a transformer secondary coil 5, in which an AC voltage is inductively induced during operation.
  • the transformer secondary coil 5 is part of an electrical rotary transformer 1 .
  • 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 3 is referred to as rotary transformer rotor 4 below.
  • the rotary transformer stator 2 is fixed to the machine stator 104 .
  • the rotary transformer rotor 4 is non-rotatable with the machine rotor 101 .
  • the rotary transformer rotor 4 can thus be rotated about the axis of rotation 90 relative to the rotary transformer stator 2 . In operation, the rotary transformer rotor 4 thus rotates with the machine rotor 101 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 the transformer secondary coil 5 .
  • the primary coil 3 is also referred to below as the transformer primary coil 3 .
  • the transformer primary coil 3 and the transformer secondary coil 5 are arranged axially opposite one another in the exemplary embodiments shown.
  • the transformer primary coil 3 induces the AC voltage in the transformer secondary coil 5, which is also referred to below as the transformer voltage.
  • a rectifier circuit 6 is connected between the transformer secondary coil 5 and the machine rotor coil 103, which converts the transformer voltage into DC voltage.
  • the rectifier circuit 6 is non-rotatable with the machine rotor 101 and can be part of the rotary transformer rotor 4 .
  • the rotary transformer 1 is arranged on an axial end face of the machine rotor 101 and at a distance from the machine rotor coil 103 and from the at least one 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 coil 3 . 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 .
  • a non-rotatable connection of the rotor shaft 102 to the rotary transformer rotor 4 can be realized, as can be seen from FIG.
  • the transformer primary coil 3 can be in the form of a flat coil 11 .
  • the transformer primary coil 3 and the transformer secondary coil 5 in the exemplary embodiments shown are arranged in a magnetic core 12 fixed to the rotary transformer stator 2 , in particular in a ferrite core 13 .
  • the magnetic core 12 is also referred to below as the transformer magnetic core 12 .
  • the transformer magnetic core 12 is radially open, so that the circuit board 9 with the transformer secondary coil 5 penetrates into the transformer magnetic core 12 and is rotatably arranged therein.
  • 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 D1-D4, namely a first diode D1, a second diode D2, a third diode D3 and a fourth diode D4.
  • the first diode D1 and the third diode D3 as well as the second diode D2 and the fourth diode D4 are each connected in series and in parallel to the transformer secondary coil 5 and to the machine rotor coil 103 .
  • the rectifier circuit 6 only allows electric currents toward the machine rotor coil 103 and blocks currents toward the transformer secondary coil 5.
  • 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 switches Sa-b.
  • the rectifier circuit 6 has two connections 18, 19 on the output side, which are also referred to below as the first rectifier connection 18 and the second rectifier connection 19.
  • the transformer secondary coil 5 is connected to the rectifier circuit 6 between the first diode 1 and the third diode D3 and between the second diode D2 and the fourth diode D4.
  • a protective circuit 20 is provided in parallel between the machine rotor coil 103 and the rectifier circuit 6, which protects the machine rotor coil 103 from overvoltage.
  • the protection circuit 20 is in the form of a bidirectional suppressor diode 30 .
  • the protective circuit 20 has two terminals 21 , 22 which are also referred to below as the first protective terminal 21 and the second rectifier terminal 19 .
  • the first protection terminal 21 with the first rotor coil terminal 106 and the second Protection terminal 22 connected to the second rotor coil terminal 107.
  • the first protective connection 21 is connected to the first rectifier connection 18 .
  • the second protective connection 22 is connected to the second rectifier connection 19 via a switch 23 .
  • the protection circuit 20 is connected in parallel between the machine rotor 101 and the rectifier circuit 6 .
  • the switch 23 electrically connects the second rectifier connection 19 and the second protective connection 22 and, in the open state, disconnects the electrical connection between the second rectifier connection 19 and the second protective connection 22.
  • a trigger circuit 24 is connected to the switch 23 and is designed such that that it opens the switch 23 for demagnetizing the machine rotor coil 103. For the rest, the switch 23 is closed, so that the machine rotor coil 103 generates the rotor field.
  • the switch 23 has a control connection 25 and two switched connections 26 , 27 .
  • the switched connections 26, 27 are also referred to below as the first switched switch connection 26 and the second switched switch connection 27.
  • the switch 23 is thus designed as a transistor 28, preferably as a MOSFET 29.
  • the trigger circuit 24 is connected to the control connection 25 tied together.
  • the second rectifier connection 19 is connected to the first switched switch connection 26 and the second protection connection 22 is connected to the second switched switch connection 27 .
  • switching the switch 23 requires low voltages.
  • the trigger circuit 24 can be operated reliably and effectively in this way.
  • the control connection 25 corresponds to the gate.
  • the first switch connection 26 corresponds to the source and the second switch connection 27 to the drain.
  • the trigger circuit 24 has a voltage divider 31.
  • the voltage divider 31 has two electrical resistors R1 and R2, namely a first resistor R1 and a second resistor R2, as passive two-terminal networks and is connected to the control terminal 25 and the first switched switch terminal 26 .
  • the trigger circuit 24 also has a capacitance Ct.
  • the voltage divider is such that the switch 23 opens when there is no transformer voltage, ie when there is no or insufficient transformer voltage.
  • the machine rotor coil 103 is demagnetized, for example, when the rotary transformer 1 is out of operation.
  • the voltage divider 31 is connected to the fourth diode D4 of the rectifier circuit 6 and thus to the transformer secondary coil 5 via the first resistor R1.
  • the first resistor R1 is also connected to the control terminal 25 .
  • the second resistor R2 is connected to the second rectifier terminal 19 and the first switched switch terminal 26 .
  • the trigger circuit 24 has a trigger coil 32 which is inductively coupled to the transformer primary coil 3, so that the transformer primary coil 3 induces a trigger voltage in the trigger coil 32 during operation.
  • the trigger coil 32 has one end connected to the first resistor R1 and the other end connected to the second resistor R2.
  • the first resistor R1 is connected to the control terminal 25 .
  • the second resistor R2 is connected to the second rectifier terminal 19 and the first switched switch terminal 26 . If there is no trigger voltage induced, ie no trigger voltage or an insufficient one, the voltage difference between the control terminal 25 and the first switched switch terminal 26 falls below the threshold voltage of the switch
  • the switch 23 opens.
  • the machine rotor coil 103 is demagnetized.
  • a unidirectional suppressor diode Dt for limiting the control voltage of the switch 23 .
  • a diode D5 and a third resistor R3 are connected between the trigger coil 32 and the first resistor R1.
  • the synchronous machine 1 has a signal transmission device 33 for wireless signal transmission to the trigger circuit 24 .
  • the trigger circuit 24 is designed in such a way that it switches the switch 23 when receiving a means of Signal transmission device 33 received control signal opens. It is thus possible to demagnetize the machine rotor coil 102 as required and, in particular, independently of the rotary transformer 1.
  • the signal transmission device 33 has a coil 37 which is non-rotatable with respect to the machine rotor 101 and is also referred to below as the rotor signal coil 37 .
  • the signal transmission device 33 has a coil 38 which is fixed to the machine stator 104 and is also referred to below as the stator signal coil 38 .
  • the signal transmission device 33 also has a signal generation unit 39 connected upstream of the stator signal coil 38 . If demagnetization of the machine rotor coil 103 is desired, the signal generation unit 39 generates a control signal and transmits the control signal with the stator signal coil 38 to the rotor signal coil 37.
  • the rotor signal coil 37 functions essentially like the trigger coil 32 in the exemplary embodiment in Figure 4. The rotor signal coil 37 is thus with one end with the first resistor R1 and with the other
  • the first resistor R1 is connected to the control terminal 25 .
  • the second resistor R2 is connected to the second rectifier terminal 19 and the first switched switch terminal 26 .
  • a unidirectional suppressor diode Dt is also connected in parallel with the control connection 25 and the first switched switch connection 26, and a diode D5 and a third resistor R3 are connected between the red signal coil 37 and the first resistor R1.
  • the trigger circuit 24 has an ammeter 34 which determines the electric current flowing through the machine rotor coil 103 during operation.
  • the trigger circuit 24 is designed in such a way that it opens the switch 23 when the current determined by the ammeter 34 exceeds a predetermined value. Therewith it is possible to demagnetize the machine rotor coil 103 when an excessive current flows through the machine rotor coil 103.
  • the trigger circuit 24 has a comparator 35 connected to the current meter 34 and a gate driver circuit 36 connected to the comparator 35 and the switch 23.
  • the ammeter 34 can have a shunt 40 and/or a Hall sensor 41 .
  • machine rotor 101 can also have two or more machine rotor coils 103, as shown in FIG.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine fremderregte elektrische Synchronmaschine (100) mit einem Maschinen-Rotor (101), der eine Maschinen-Rotorspule (103) aufweist, welche im Betrieb ein magnetisches Rotorfeld erzeugt. Die Synchronmaschine (100) weist ferner eine Gleichrichterschaltung (6) auf, welche die Maschinen-Rotorspule (103) zum Erzeugen des Rotorfelds mit einer Gleichspannung versorgt. Eine verbesserte Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule (103) wird durch eine parallel zur Gleichrichterschaltung (6) und der Maschinen-Rotorspule (103) geschaltete Schutzschaltung (20) sowie einen zwischen der Schutzschaltung (20) und der Gleichrichterschaltung (6) angeordneten Schalter (23) erreicht, welcher zur Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule (103) mittels einer Triggerschaltung (24) geöffnet wird.

Description

Fremderregte elektrische Synchronmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einer Maschinen-Rotorspule, welche im Betrieb mittels einer Transformatorspule und einer Gleichrichterschaltung mit einer Gleichspannung versorgt ist und ein Rotorfeld erzeugt. Die Erfindung betrifft ferner Verwendungen einer solchen fremderregten elektrischen Synchronmaschine.
Eine 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 Maschinen-Rotorspule auf, welche mit einer Gleichspannung zum Erzeugen des magnetischen Felds versorgt wird. Die Versorgung der Maschinen- Rotorspule mit elektrischer Energie kann induktiv erfolgen. Zu diesem Zweck wird im Betrieb in einer Sekundärspule eine Wechselspannung induziert. Die induzierte Wechselspannung wird über eine Gleichrichterschaltung in die benötigte Gleichspannung umgewandelt und der Maschinen-Rotorspule zugeführt.
Eine solche fremderregte elektrische Synchronmaschine ist aus der DE 10 2016 207 392 A1 bekannt. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine weist zur Maschinen-Rotorspule und zur Gleichrichterschaltung parallel eine Glättungskapazität auf. Mit der Maschinen-Rotorspule in Reihe geschaltet ist zudem ein Lastenelement. Das Lastenelement weist zwei Anschlüsse auf, welche mit den geschalteten Schalteranschlüssen eines Schalters verbunden sind. Ein Steueranschluss des Schalters wird über einen Spannungsteiler angesteuert. Somit ist es möglich, die Maschinen-Rotorspule bei Bedarf, insbesondere im Fehlerfall, zu entmagnetisieren.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine fremderregte elektrische Synchronmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für die fremderregte elektrische Synchronmaschine eine Ausführungsform anzugeben, welche sich durch eine verbesserte Entmagnetisierung einer Maschinen-Rotorspule der Synchronmaschine auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht demnach auf dem allgemeinen Gedanken, zur Entmagnetisierung einer Maschinen-Rotorspule einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine eine für einen Überspannungsschutz einer Gleichtrichterschaltung für die Maschinen-Rotorspule vorgesehene und parallel zur Maschinen-Rotorspule geschaltete Schutzschaltung einzusetzen, wobei ein zwischen der Schutzschaltung und einer Gleichrichterschaltung angeordneter Schalter zur Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule eine elektrische Verbindung der Maschinen-Rotorspule zur Gleichrichterschaltung trennt. Somit kommt die Schutzschaltung zugleich zum Schutz der Gleichrichterschaltung sowie zur Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule zum Einsatz. Auf diese Weise wird eine einfache und zuverlässige Entmagnetisierung mittels der Schutzschaltung erreicht, wobei die in der Maschinen-Rotorspule gespeicherte Energie bei der Entmagnetisierung mittels der Schutzschaltung verbraucht wird. Ferner erfolgen somit ein vereinfachter Aufbau der fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit weniger Bauteilen sowie ein reduzierter Bauraumbedarf zur Umsetzung der Entmagnetisierung.
Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die fremderregte elektrische Synchronmaschine, nachfolgend auch kurz als Synchronmaschine bezeichnet, einen Rotor und einen Stator auf. Der Rotor wird nachfolgend auch Maschinen- Rotor und der Stator als Maschinen-Stator bezeichnet. Der Maschinen-Rotor weist eine Rotorwelle auf, an der die Maschinen-Rotorspule drehfest versehen ist. Die Maschinen-Rotorspule erzeugt im Betrieb ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Maschinen-Rotorspule weist zwei Anschlüsse auf, welche nachfolgend auch als erster Rotorspulenanschluss und zweiter Rotorspulenanschluss bezeichnet werden. Der Maschinen-Stator weist zumindest eine zum Maschinen-Stator feste 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. Dabei wirken im Betrieb Rotorfeld und Statorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor um eine axiale Rotationsachse rotiert. Zum Erzeugen des Rotorfelds benötigt die Maschinen-Rotorspule eine Gleichspannung, welche der Maschinen-Rotorspule über eine Spule bereitgestellt wird, in welcher im Betrieb eine Wechselspannung induziert wird. Diese Spannung wird nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet. Die Spule wird nachfolgend auch als Transformator-Sekundärspule bezeichnet. Die Transformator-Sekundärspule dient also dem elektrischen Versorgen der Maschinen-Rotorspule. Die Transformator-Sekundärspule ist mit dem Maschinen- Rotor drehfest verbunden. Zwischen der Transformator-Sekundärspule und der Maschinen-Rotorspule ist die Gleichrichterschaltung geschaltet. Die Gleichrichterschaltung wandelt im Betrieb die in der Transformator-Sekundärspule induzierte Transformatorspannung in die Gleichspannung für die Maschinen- Rotorspule um. Entsprechend ist die Gleichrichterschaltung ausgestaltet. Die Gleichrichterschaltung weist zwei Anschlüsse auf, welche nachfolgend auch als erster Gleichrichteranschluss und zweiter Gleichrichteranschluss bezeichnet werden. Die Schutzschaltung dient dem Schutz der Gleichrichterschaltung vor Überspannung und weist zwei Anschlüsse auf, welche nachfolgend auch als erster Schutzanschluss und zweiter Schutzanschluss bezeichnet werden. Dabei ist der erste Gleichrichteranschluss mit dem ersten Schutzanschluss und der zweite Gleichrichteranschluss mit dem zweiten Schutzanschluss verbunden. Zudem ist der erste Schutzanschluss mit dem ersten Rotorspulenanschluss und der zweite Schutzanschluss mit dem zweiten Rotorspulenanschluss verbunden ist, derart, dass die Schutzschaltung parallel zwischen dem Maschinen-Rotor und der Gleichrichterschaltung geschaltet ist. Der Schalter ist zwischen dem zweiten Gleichrichteranschluss und dem zweiten Schutzanschluss angeordnet. Zudem weist die Synchronmaschine eine Triggerschaltung auf, welche mit dem Schalter verbunden und derart ausgestaltet ist, dass sie den Schalter zum Entmagnetisieren der Maschinen-Rotorspule öffnet.
Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die Rotationsachse. Dementsprechend verläuft "axial" parallel zur Rotationsachse. Zudem verläuft "radial" quer zur Rotationsachse.
Der erste Gleichrichteranschluss und der zweiter Gleichrichteranschluss dienen dem elektrischen Verbinden der Gleichrichterschaltung mit der Maschinen- Rotorspule und sind somit Ausgangsanschlüsse der Gleichrichteranschluss. Die Gleichrichterschaltung weist vorteilhaft eingangsseitig zwei weitere Gleichrichteranschlüsse für die eingehende Transformator-Wechselspannung auf.
Die Schutzschaltung dient vorteilhaft auch dem Schutz der Maschinen-Rotorspule von Überspannung.
Die Gleichrichterschaltung, die Schutzschaltung und die Triggerschaltung sind vorteilhaft mit dem Maschinen-Rotor drehfest. Das heißt, dass die Gleichrichterschaltung, die Schutzschaltung und die Triggerschaltung im Betrieb mit dem Maschinen-Rotor um die Rotationsachse rotieren.
Im geöffneten Zustand des Schalters ist die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Gleichrichteranschluss und dem zweiten Schutzanschluss getrennt. Demgegenüber ist die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Gleichrichteranschluss und dem zweiten Schutzanschluss im geschlossenen Zustand des Schalters hergestellt.
Die Gleichrichterschaltung kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Gleichrichterschaltung derart ausgestaltet ist, dass sie Stromflüsse in Richtung der Transformator- Sekundärspule sperrt. Demgegenüber erlaubt die Gleichrichterschaltung Stromflüsse in Richtung der Maschinen-Rotorspule. Auf diese Weise erfolgt eine beschleunigte Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule beim Öffnen des Schalters. Die Gleichrichterschaltung kann zu diesem Zweck beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Gleichrichterschaltung zu diesem Zweck als ein Brückengleichrichter mit vier Dioden ausgebildet sein.
Vorteilhaft wird der Schalter lediglich zur Entmagnetisierung der Maschinen- Rotorspule geöffnet. Im Übrigen bleibt der Schalter geschlossen, sodass ein Normalbetrieb herrscht, in welcher die Maschinen-Rotorspule mit der mittels der Gleichrichterschaltung bereitgestellten Gleichspannung versorgt wird.
Die Schutzschaltung ist vorteilhaft eine solche, welche beim Überschreiten einer vorgegebenen Grenzspannung die die Grenzspannung überschreitende Spannung verbraucht. Die Schutzschaltung weist vorteilhaft zumindest ein Lastelement, beispielsweise eine Suppressordiode, einen Varistor, eine IGBT- Schaltung und dergleichen auf. Wird der Schalter zur Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule geöffnet, ist ein Stromfluss nur über die Schutzschaltung möglich, was zu einem Abbau der in der Maschinen-Rotorspule gespeicherten Energie führt. Hierbei steigt die Spannung an der Schutzschaltung oberhalb der Grenzspannung, sodass die Schutzschaltung die Energie verbraucht. Zugleich kommt es durch das sich abbauende Rotorfeld zu einer Kommutierung des Stroms und somit zu einer Umpolung der Spannung an der Maschinen-Rotorspule. Auf diese Weise erfolgt eine zügigere Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule über die Schutzschaltung.
Der Schalter kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein, sofern er sich mit der Triggerschaltung öffnen und schließen lässt.
Vorteilhaft ist der Schalter als ein Transistor, bevorzugt als ein MOSFET oder ein IGBT ausgestaltet. Vorteilhafterweise lässt sich der Schalter zudem möglichst verlustarm im eingeschalteten Zustand betreiben. Somit lässt sich der Schalter zuverlässig und effektiv und mit niedrigen Schaltspannungen schalten. Dabei weist der Schalter einen Steueranschluss auf, welcher mit der Triggerschaltung verbunden ist. Zudem weist der Schalter zwei geschaltete Anschlüsse auf, welche nachfolgend auch als erster geschalteter Schalteranschluss und zweiter geschalteter Schalteranschluss bezeichnet werden. Bevorzugt ist dabei der zweite Gleichrichteranschluss mit dem ersten geschalteten Schalteranschluss und der zweite Schutzanschluss mit dem zweiten geschalteten Schalteranschluss verbunden.
Ist der Schalter als ein MOSFET ausgebildet, entspricht der Steueranschluss dem Gate, der erste Schalteranschluss bevorzugt dem Source und der zweite Schalteranschluss bevorzugt dem Drain. Die Triggerschaltung kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein, sofern sie den Schalter zur Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule öffnet.
Die Triggerschaltung kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass sie den Schalter bei einer fehlerhaften Funktion der Transformator-Sekundärspule und/oder bei einer ausbleibenden oder unzureichenden Transformatorspannung selbsttätigend öffnet.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen weist die Triggerschaltung einen Spannungsteiler auf. Der Spannungsteiler ist derart, dass der Schalter bei einer ausbleibenden Transformatorspannung geöffnet wird. Unter "ausbleibende" Transformatorspannung sind dabei sowohl eine fehlende als auch eine unzureichende Transformatorspannung zu verstehen. Zum Öffnen des Schalters bei ausbleibender Transformatorspannung ist der Spannungsteiler bevorzugt mit dem Steueranschluss und dem ersten geschalteten Schalteranschluss des Schalters verbunden. Somit kann der Schalter abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen dem Steueranschluss und dem ersten geschalteten Schalteranschluss geöffnet und geschlossen werden. Entsprechend ist der Spannungsteiler ausgestaltet.
Der Spannungsteiler weist zweckmäßig zwei passive Zweipole, insbesondere zwei elektrische Widerstände auf.
Vorstellbar ist es, dass der Spannungsteiler mit der Gleichrichterschaltung verbunden ist, derart, dass der Schalter bei ausbleibender Gleichspannung durch die Gleichrichterschaltung öffnet. Unter "ausbleibende" Gleichspannung sind dabei sowohl eine fehlende als auch eine unzureichende Gleichspannung zu verstehen. Somit erfolgt eine Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule, wenn durch die Gleichrichterschaltung keine oder eine unzureichende Gleichspannung bereitgestellt wird. Bevorzugt erfolgt das Induzieren der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule mittels eines elektrischen Drehtransformators, dessen Bestandteil die Transformator-Sekundärspule ist. Dies führt zu einer einfachen, effektiven sowie zuverlässigen Energieübertragung auf die T ransformator-Sekundärspule.
Die Synchronmaschine weist also bevorzugt den elektrischen Drehtransformator auf. Der Drehtransformator weist einen Stator und einen Rotor auf, welche nachfolgend auch als Drehtransformator-Stator und Drehtransformator-Rotor bezeichnet werden. Der Drehtransformator-Stator weist eine Spule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule bezeichnet wird. Der Drehtransformator-Stator ist zum Maschinen-Stator fest und der Drehtransformator-Rotor mit dem Maschinen-Rotor drehfest. Der Drehtransformator-Rotor ist also relativ zum Drehtransformator-Stator um die Rotationsachse drehbar und rotiert im Betrieb mit dem Maschinen-Rotor um die Rotationsachse. Der Maschinen-Rotor weist dabei die Transformator- Sekundärspule auf. Im Betrieb wirken die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule zum Induzieren der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule induktiv zusammen. Das heißt, dass im Betrieb die Transformator-Primärspule in der Transformator-Sekundärspule die Transformatorspannung induziert.
Die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule können axial gegenüberliegend angeordnet. Die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule können ebenso radial gegenüberliegend angeordnet sein.
Vorstellbar sind Ausführungsformen, bei denen die Triggerschaltung eine induktiv mit der Transformator-Primärspule gekoppelte, von der Transformator- Sekundärspule separate Spule aufweist, welche nachfolgend auch als Triggerspule bezeichnet wird. Im Betrieb induziert die Transformator-Primärspule in der Triggerspule eine Spannung, welche nachfolgend auch als Triggerspannung bezeichnet wird. Dabei ist die Triggerspule mit dem Spannungsteiler verbunden, derart, dass der Schalter bei einem Ausbleiben der Triggerspannung öffnet. Unter "Ausbleiben" der Triggerspannung sind sowohl eine fehlende als auch eine unzureichende Triggerspannung zu verstehen. Somit erfolgt eine Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule, sobald mittels der Transformator- Primärspule keine oder eine unzureichende Spannung induziert wird. Durch die von der Transformator-Sekundärspule separate Triggerspule wird dabei ein Einfluss der Triggerschaltung auf die Transformator-Sekundärspule verhindert oder zumindest reduziert.
Eine unabhängige Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule kann durch eine Signalübertragung an die Triggerschaltung erfolgen, wobei die Triggerschaltung den Schalter beim Empfangen eines Steuersignals öffnen. Das Steuersignal kann unabhängig von der Funktion des Drehtransformators und/oder der Maschinen- Rotorspule erzeugt und an die Triggerschaltung gesendet werden. Somit wird eine hohe Flexibilität bei der Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule erreicht.
Zu diesem Zweck weist die Synchronmaschine bevorzugt eine Signalübertragungseinrichtung zur drahtlosen Signalübertragung an die Triggerschaltung auf. Dabei ist die Triggerschaltung derart ausgestaltet, dass sie den Schalter beim Empfangen des Steuersignals öffnet. Zu diesem Zweck weist die Triggerschaltung einen mit dem Maschinen-Rotor drehfesten Empfänger zum Empfangen des Steuersignals auf oder ist mit einem solchen Empfänger kommunizierend verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Triggerschaltung eine Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule einleiten, wenn ein Fehler vorliegt und/oder ein zu großer elektrischer Strom durch die Maschinen-Rotorspule fließt.
Die Triggerschaltung weist zu diesem Zweck bevorzugt einen Strommesser auf. Der Strommesser ist derart ausgestaltet, dass er im Betrieb den durch die Maschinen-Rotorspule fließenden elektrischen Strom ermittelt. Dabei ist die Triggerschaltung derart ausgestaltet, dass sie den Schalter öffnet, wenn der mittels des Strommessers ermittelte Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Der Strommesser kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Strommesser einen Shunt und/oder einen Hallsensor aufweisen.
Zum Schalten des Schalters weist die Triggerschaltung bevorzugt einen mit dem Strommesser verbundenen Komparator und eine mit dem Komparator und dem Schalter verbundene Gate-Treiberschaltung auf. Die Gate-Treiberschaltung ist also zwischen dem Komparator und dem Schalter geschaltet und bevorzugt mit dem Steueranschluss des Schalters verbunden.
Es versteht sich, dass der Maschinen-Rotor aus zwei oder mehr Maschinen- Rotorspulen aufweisen kann.
Der Maschinen-Stator weist vorteilhaft zumindest zwei Maschinen-Statorspulen auf.
Bevorzugt weist der Maschinen-Stator drei oder ein ganzes Vielfaches von drei Maschinen-Statorspulen auf. Die Anzahl der Maschinen-Statorspulen entspricht also bevorzugt 3 * N, wobei N eine natürliche Zahl größer Null ist. Die Synchronmaschine kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zum Einsatz kommen.
Die Synchronmaschine kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, welches als elektrische Energiequelle zum Betreiben der Synchronmaschine eine Batterie umfassen kann. Dabei dient die Synchronmaschine insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, ist also insbesondere als ein fremderregter elektrischer Synchronmotor ausgebildet und ein Traktionsmotor.
Ebenso kann die Synchronmaschine als Stellmotor im Betrieb ein Verstellelement, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, verstellen.
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 eine isometrische, teilweise geschnittene Ansicht eines Teils einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit einem induktivem Drehtransformator,
Fig. 2 bis 6 jeweils einen stark vereinfachten Ausschnitt aus dem Schaltplan der fremderregten elektrischen Synchronmaschine in einem Kraftfahrzeug,
Fig. 7 einen stark vereinfachten Schnitt durch die fremderregte elektrische Synchronmaschine.
Eine fremderregten elektrischen Synchronmaschine 100, nachfolgend auch kurz als Synchronmaschine 100 bezeichnet, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 bis 7 gezeigt ist, kann in einem Kraftfahrzeig 200 (siehe Figuren 2 bis 6) zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann als ein Synchronmotor 110 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 200, also als ein Traktionsmotor 120, zum Einsatz kommen. Auch kann die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann als ein Synchronmotor 110 zum Verstellen eines Verstellelements, also als ein Stellmotor 130, zum Einsatz kommen.
Die Synchronmaschine 100 weist, wie insbesondere den Figuren 1 und 7 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 eine an der Rotorwelle 102 drehfest versehene Spule 103 (siehe Figuren 2 bis 7) auf. Die Spule 103 wird nachfolgend auch als Maschinen- Rotorspule 103 bezeichnet. Im Betrieb erzeugt die Maschinen-Rotorspule 103 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Maschinen-Rotorspule 103 ist in den Figuren 1 bis 6 als eine Induktivität und ein ohmscher Widerstand symbolisiert. Die Synchronmaschine 100 weist ferner einen in Figur 7 gezeigten Stator 104 auf, der nachfolgend auch als Maschinen-Stator 104 bezeichnet wird. Die Synchronmaschine 100 weist zumindest eine zum Maschinen-Stator 104 feste Spule 105 auf (siehe Figur 7), 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 im Betrieb derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor 101 um eine axiale Rotationsachse 90 rotiert. Zum Erzeugen des Rotorfelds benötigt der Maschinen-Rotor 101 , insbesondere die Maschinen-Rotorspule 103, eine Gleichspannung. Zum Versorgen der Maschinen-Rotorspule 103 mit der Gleichspannung weist die Maschinen-Rotorspule 103 zwei Anschlüsse 106, 107 auf, welche nachfolgend auch als erster Rotorspulenanschluss 106 und zweitet Rotorspulenanschluss 107 bezeichnet werden. Die Gleichspannung wird der Maschinen-Rotorspule 103 mittels einer Transformator-Sekundärspule 5 zugeführt, in welche im Betrieb induktiv eine Wechselspannung induziert wird.
Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die Rotationsachse 90. Dementsprechend verläuft "axial" parallel zur Rotationsachse. Zudem verläuft "radial" quer zur Rotationsachse 90.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Transformator-Sekundärspule 5 Bestandteil eines elektrischen Drehtransformators 1 . Der Drehtransformator 1 weist einen Stator 2 und einen Rotor 4 auf. Der Stator 2 wird nachfolgend als Drehtransformator-Stator 2 bezeichnet. Der Rotor 3 wird nachfolgend als Drehtransformator-Rotor 4 bezeichnet. Der Drehtransformator-Stator 2 ist zum Maschinen-Stator 104 fest. Der Drehtransformator-Rotor 4 ist mit dem Maschinen- Rotor 101 drehfest. Der Drehtransformator-Rotor 4 ist somit relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um die Rotationsachse 90 rotierbar. Im Betrieb rotiert also der Drehtransformator-Rotor 4 also mit dem Maschinen-Rotor 101 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 den Transformator-Sekundärspule 5 auf. Die Primärspule 3 wird nachfolgend auch als Transformator-Primärspule 3 bezeichnet. Die Transformator-Primärspule 3 und die Transformator-Sekundärspule 5 sind, wie Figur 1 entnommen werden kann, in den gezeigten Ausführungsbeispielen axial gegenüberliegend angeordnet. Im Betrieb induziert die Transformator- Primärspule 3 in der Transformator-Sekundärspule 5 die Wechselspannung, welche nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird.
Um die Maschinen-Rotorspule 103 mit der benötigten Gleichspannung zu versorgen, ist, wie den Figur 2 bis 6 entnommen werden kann, zwischen der Transformator-Sekundärspule 5 und der Maschinen-Rotorspule 103 eine Gleichrichterschaltung 6 geschaltet, welche die Transformatorspannung in die Gleichspannung umwandet. Die Gleichrichterschaltung 6 ist mit dem Maschinen- Rotor 101 drehfest und kann Bestandteils des Drehtransformator-Rotors 4, sein.
Wie insbesondere Figur 1 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 zumindest einen Maschinen-Statorspule 105 beabstandet angeordnet.
Die Transformator-Primärspule 3 benötigt zum Induzieren der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule 5 eine Wechselspannung. Wie den Figuren 2 bis 6 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 Figur 1 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.
Eine drehfeste Verbindung der Rotorwelle 102 mit dem Drehtransformator-Rotor 4 kann, wie Figur 1 entnommen werden kann, über eine in der Leiterplatte 8 zentrale Öffnung 14 realisiert sein, durch welche die Rotorwelle 102 geführt ist.
Wie Figur 1 entnommen werden kann, kann die Transformator-Primärspule 3 als eine Flachspule 11 ausgebildet sein. Wie Figur 1 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 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 den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Gleichrichterschaltung 6 rein beispielhaft als ein Brückengleichrichter 16 mit vier Dioden D1-D4, nämlich einer ersten Diode D1 , einer zweiten Diode D2, einer dritten Diode D3 und einer vierten Diode D4 ausgebildet. Dabei sind die erste Diode D1 und die dritte Diode D3 sowie die zweite Diode D2 und die die vierte Diode D4 jeweils hintereinander und parallel zur Transformator-Sekundärspule 5 und zur Maschinen-Rotorspule 103 geschaltet. Somit erlaubt die Gleichrichterschaltung 6 lediglich elektrische Ströme in Richtung der Maschinen-Rotorspule 103 und sperrt Ströme in Richtung der Transformator-Sekundärspule 5.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Wechselrichterschaltung 7 rein beispielhaft als ein Vollbrückenwechselrichter 17 ausgebildet, der vier Transistoren Ta-d und zwei Schalter Sa-b aufweist.
Die Gleichrichterschaltung 6 weist ausgangsseitig zwei Anschlüsse 18, 19 auf, welche nachfolgend auch als erster Gleichrichteranschluss 18 und zweiter Gleichrichteranschluss 19 bezeichnet werden. Die Transformator-Sekundärspule 5 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen zwischen der ersten Diode 1 und der dritten Diode D3 sowie zwischen der zweiten Diode D2 und der vierten Diode D4 mit der Gleichrichterschaltung 6 verbunden.
Wie den Figuren 2 bis 6 entnommen werden kann, ist parallel zwischen der Maschinen-Rotorspule 103 und der Gleichrichterschaltung 6 eine Schutzschaltung 20 vorgesehen, welche die Maschinen-Rotorspule 103 vor Überspannung schützt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schutzschaltung 20 als eine bidirektionale Suppressordiode 30 ausgebildet. Die Schutzschaltung 20 weist zwei Anschlüsse 21 , 22 auf, welche nachfolgend auch als erster Schutzanschluss 21 und zweiter Gleichrichteranschluss 19 bezeichnet werden. Der erste Schutzanschluss 21 mit dem ersten Rotorspulenanschluss 106 und der zweite Schutzanschluss 22 mit dem zweiten Rotorspulenanschluss 107 verbunden. Zudem ist der erste Schutzanschluss 21 ist mit dem ersten Gleichrichteranschluss 18 verbunden. Der zweite Schutzanschluss 22 ist über einen Schalter 23 mit dem zweiten Gleichrichteranschluss 19 verbunden. Somit ist die Schutzschaltung 20 parallel zwischen dem Maschinen-Rotor 101 und der Gleichrichterschaltung 6 geschaltet. Der Schalter 23 verbindet im geschlossenen Zustand den zweiten Gleichrichteranschluss 19 und den zweiten Schutzanschluss 22 elektrisch und trennt im geöffneten Zustand die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Gleichrichteranschluss 19 und dem zweiten Schutzanschluss 22. Eine Triggerschaltung 24 ist mit dem Schalter 23 verbunden und derart ausgestaltet ist, dass sie den Schalter 23 zum Entmagnetisieren der Maschinen-Rotorspule 103 öffnet. Im Übrigen ist der Schalter 23 geschlossen, sodass die Maschinen- Rotorspule 103 das Rotorfeld erzeugt.
Wird der Schalters 23 geöffnet, ist ein Stromfluss von der der Maschinen- Rotorspule 103 aufgrund des geöffneten Schalters 23 und der Ausgestaltung der Gleichrichterschaltung 6 nur durch die Schutzschaltung 20 möglich. Hierdurch steigt die Spannung an der Schutzschaltung 20, so dass einen Grenzspannung der Schutzschaltung 20 zügig erreicht wird. Zudem kommt es durch das sich abbauende Rotorfeld zu einer Kommutierung des Stroms. Im Ergebnis kommt es zu einer Umpolung der Spannung an der Maschinen-Rotorspule 103. Auf diese Weise erfolgt eine zügige Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule 103 über die Schutzschaltung 20.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist der Schalter 23 einen Steueranschluss 25 sowie zwei geschaltete Anschlüsse 26, 27 auf. Die geschalteten Anschlüsse 26, 27 werden nachfolgend auch als erster geschalteter Schalteranschluss 26 und zweiter geschalteter Schalteranschluss 27 bezeichnet. Der Schalter 23 ist somit als ein Transistor 28, bevorzugt als ein MOSFET 29 ausgebildet. Dabei ist die Triggerschaltung 24 mit dem Steueranschluss 25 verbunden. Zudem ist der zweite Gleichrichteranschluss 19 mit dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 und der zweite Schutzanschluss 22 mit dem zweiten geschalteten Schalteranschluss 27 verbunden. Somit sind zum Schalten des Schalters 23 niedrige Spannungen notwendig. Die Triggerschaltung 24 kann auf diese Weise zuverlässig und effektiv betrieben werden. Beim als MOSFET 29 ausgebildeten Schalter 23 entspricht der Steueranschluss 25 dem Gate. Zudem entspricht in den gezeigten Ausführungsbeispielen der erste Schalteranschluss 26 dem Source und der zweite Schalteranschluss 27 dem Drain.
Bei den in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Triggerschaltung 24 einen Spannungsteiler 31 auf. Der Spannungsteiler 31 weist auf bekannte Weise zwei elektrische Widerstande R1 und R2, nämlichen einen ersten Widerstand R1 und einen zweiten Widerstand R2, als passive Zweipole auf und ist mit dem Steueranschluss 25 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 verbunden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Triggerschaltung 24 ferner eine Kapazität Ct auf.
In den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Spannungsteiler derart, dass der Schalter 23 bei ausbleibender Transformatorspannung, also bei fehlender oder unzureichender Transformatorspannung, öffnet. Somit erfolgt eine Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule 103 beispielsweise, wenn der Drehtransformator 1 außer Betrieb ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist der Spannungsteiler 31 über den ersten Widerstand R1 mit der vierten Diode D4 der Gleichrichterschaltung 6 und somit mit der Transformator-Sekundärspule 5 verbunden. Der ersten Widerstand R1 ist ferner mit dem Steueranschluss 25 verbunden. Der zweite Widerstand R2 ist mit dem zweiten Gleichrichteranschluss 19 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 verbunden. Stellt die Gleichrichterschaltung 6 eine ausbleibende, also keine oder eine unzureichende, Gleichspannung bereit, fällt die Spannungsdifferenz zwischen dem Steueranschluss 25 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 unterhalb der Schwellspannung des Schalters 23 und der Schalter 23 öffnet. In der Folge wird der Schalter 23 bei ausbleibender Gleichspannung durch die Gleichrichterschaltung 6 geöffnet und die Maschinen- Rotorspule 103 entmagnetisiert.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist die Triggerschaltung 24 eine induktiv mit der Transformator-Primärspule 3 gekoppelte Triggerspule 32 auf, sodass die die Transformator-Primärspule 3 im Betrieb in der Triggerspule 32 eine Triggerspannung induziert. Die Triggerspule 32 ist mit einem Ende mit dem ersten Widerstand R1 und mit dem andern Ende mit dem zweiten Widerstand R2 verbunden. Der erste Widerstand R1 ist mit dem Steueranschluss 25 verbunden. Der zweite Widerstand R2 ist mit dem zweiten Gleichrichteranschluss 19 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 verbunden. Bei ausbleibender, also keiner oder eine unzureichender, induzierter Triggerspannung fällt die Spannungsdifferenz zwischen dem Steueranschluss 25 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 unterhalb der Schwellspannung des Schalters
23 und der Schalter 23 öffnet. Somit wird die Maschinen-Rotorspule 103 entmagnetisiert. Im gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Triggerschaltung
24 ferner zum Steueranschluss 25 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 parallel geschaltet eine unidirektionale Suppressordiode Dt zur Begrenzung der Steuerspannung des Schalters 23 auf. Ferner sind zwischen der Triggerspule 32 und dem ersten Widerstand R1 eine Diode D5 und ein dritter Widerstand R3 geschaltet.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 weist die Synchronmaschine 1 eine Signalübertragungseinrichtung 33 zur drahtlosen Signalübertragung an die Triggerschaltung 24 auf. Die Triggerschaltung 24 ist dabei derart ausgestaltet ist, dass sie den Schalter 23 beim Empfangen eines mittels der Signalübertragungseinrichtung 33 empfangenen Steuersignals öffnet. Somit ist es möglich, die Maschinen-Rotorspule 102 je nach Bedarf und insbesondere unabhängig vom Drehtransformator 1 zu entmagnetisieren.
Im in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Signalübertragungseinrichtung 33 eine zum Maschinen-Rotor 101 drehfeste Spule 37 auf, welche nachfolgend auch als Rotorsignalspule 37 bezeichnet wird. Zudem weist die Signalübertragungseinrichtung 33 eine zum Maschinen-Stator 104 feste Spule 38 auf, welche nachfolgend auch als Statorsignalspule 38 bezeichnet wird. Die Signalübertragungseinrichtung 33 weist ferner eine der Statorsignalspule 38 vorgeschaltete Signalerzeugungseinheit 39 auf. Wenn eine Entmagnetisierung der Maschinen-Rotorspule 103 erwünscht ist, erzeugt die Signalerzeugungseinheit 39 ein Steuersignal und übermittelt das Steuersignal mit der Statorsignalspule 38 an die Rotorsignalspule 37. Dabei fungiert die Rotorsignalspule 37 im Wesentlichen wie die Triggerspule 32 im Ausführungsbeispiel der Figur 4. Die Rotorsignalspule 37 ist also mit einem Ende mit dem ersten Widerstand R1 und mit dem andern
Ende mit dem zweiten Widerstand R2 verbunden. Der erste Widerstand R1 ist mit dem Steueranschluss 25 verbunden. Der zweite Widerstand R2 ist mit dem zweiten Gleichrichteranschluss 19 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 verbunden. Auch im Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind zum Steueranschluss 25 und dem ersten geschalteten Schalteranschluss 26 parallel eine unidirektionale Suppressordiode Dt und zwischen der Rorotsignalspule 37 und dem ersten Widerstand R1 eine Diode D5 und ein dritter Widerstand R3 geschaltet.
Beim im Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Triggerschaltung 24 einen Strommesser 34 auf, welcher im Betrieb den durch die Maschinen- Rotorspule 103 fließenden elektrischen Strom ermittelt. Die Triggerschaltung 24 ist derart ausgestaltet ist, dass sie den Schalter 23 öffnet, wenn der mittels des Strommessers 34 ermittelte Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet. Somit ist es möglich, die Maschinen-Rotorspule 103 zu entmagnetisieren, wenn durch die Maschinen-Rotorspule 103 ein zu hoher Strom fließt.
Im in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Triggerschaltung 24 einen mit dem Strommesser 34 verbundenen Komparator 35 und eine mit dem Komparator 35 und dem Schalter 23 verbundene Gate-Treiberschaltung 36 auf. Der Strommesser 34 kann einen Shunt 40 und/oder einen Hall-Sensor 41 aufweisen.
Obwohl in den Figuren 2 bis 6 jeweils lediglich eine Maschinen-Rotorspule 103 gezeigt ist, kann der Maschinen-Rotor 101 , wie in Figur 1 gezeigt, auch zwei oder mehr Maschinen-Rotorspulen 103 aufweisen.

Claims

22
Ansprüche Fremderregte elektrische Synchronmaschine (100),
- mit einem Maschinen-Rotor (101 ), der eine Rotorwelle (102) und eine an der Rotorwelle (102) drehtest versehene Maschinen-Rotorspule (103) aufweist, welche im Betrieb ein magnetisches Rotorfeld erzeugt, und welche einen ersten Rotorspulenanschluss (106) und einen zweiten Rotorspulenanschluss (107) aufweist,
- mit einem Maschinen-Stator (104), der zumindest 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 einer Transformator-Sekundärspule (5) zum elektrischen Versorgen der Maschinen-Rotorspule (103), welche mit dem Maschinen-Rotor (101) drehfest ist,
- mit einer zwischen der Transformator-Sekundärspule (5) und der Maschinen-Rotorspule (103) geschalteten Gleichrichterschaltung (6), welche die im Betrieb eine in der Transformator-Sekundärspule (5) induzierte Transformatorspannung in eine Gleichspannung umwandelt und einen ersten Gleichrichteranschluss (18) und einen zweiten Gleichrichteranschluss (19) aufweist,
- mit einer Schutzschaltung (20) zum Schutz der Gleichrichterschaltung (6) vor Überspannung, die einen mit dem ersten Gleichrichteranschluss (18) verbundenen ersten Schutzanschluss (21 ) und einen mit dem zweiten Gleichrichteranschluss (19) verbundenen zweiten Schutzanschluss (22) aufweist, - wobei der erste Schutzanschluss (21 ) mit dem ersten Rotorspulenanschluss (106) und der zweite Schutzanschluss (22) mit dem zweiten Rotorspulenanschluss (107) verbunden ist, derart, dass die Schutzschaltung (20) parallel zwischen dem Maschinen-Rotor (101 ) und der Gleichrichterschaltung (6) geschaltet ist,
- mit einem zwischen dem zweiten Gleichrichteranschluss (19) und dem zweiten Schutzanschluss (22) angeordneten Schalter (23),
- mit einer Triggerschaltung (24), welche mit dem Schalter (23) verbunden und derart ausgestaltet ist, dass sie den Schalter (23) zum Entmagnetisieren der Maschinen-Rotorspule (103) öffnet. Synchronmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (23) einen mit der Triggerschaltung (24) verbundenen Steueranschluss (25), einen mit dem zweiten Gleichrichteranschluss (19) verbundenen ersten geschalteten Schalteranschluss (26) und einen mit dem zweiten Schutzanschluss (22) verbundenen zweiten geschalteten Schalteranschluss (27) aufweist. Synchronmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Triggerschaltung (24) einen Spannungsteiler (31 ) aufweist,
- dass der Spannungsteiler (31 ) mit dem Steueranschluss (25) und dem ersten geschalteten Schalteranschluss (26) verbunden ist, derart, dass der Schalter (23) bei ausbleibender Transformatorspannung öffnet. Synchronmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (31 ) mit der Gleichrichterschaltung (6) verbunden ist, derart, dass der Schalter (23) bei ausbleibender Gleichspannung durch die Gleichrichterschaltung (6) öffnet. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Synchronmaschine (100) einen elektrischen Drehtransformator (1 ) aufweist,
- dass der Drehtransformator (1 ) einen Drehtransformator-Stator (2) mit einer Transformator-Primärspule (3) aufweist,
- wobei der Drehtransformator-Stator (2) zum Maschinen-Stator (104) fest ist,
- dass der Drehtransformator einen zum Maschinen-Rotor (101 ) drehfesten Drehtransformator-Rotor (4) mit der Transformator-Sekundärspule (5) aufweist,
- dass die Transformator-Primärspule (3) und die Transformator- Sekundärspule (5) und im Betrieb zum Erzeugen der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule (5) induktiv Zusammenwirken. Synchronmaschine nach Anspruch 5 und nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Triggerschaltung eine induktiv mit der Transformator-Primärspule (3) gekoppelte Triggerspule (32) aufweist, in welcher die Transformator- Primärspule (3) im Betrieb eine Triggerspannung induziert,
- dass die Triggerspule (32) mit dem Spannungsteiler (31 ) verbunden ist, derart, dass der Schalter (23) bei einem Ausbleiben der Triggerspannung öffnet. 25 Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass Synchronmaschine (1 ) eine Signalübertragungseinrichtung (33) zur drahtlosen Signalübertragung an die Triggerschaltung (24) aufweist,
- dass die Triggerschaltung (24) derart ausgestaltet ist, dass sie den Schalter (23) beim Empfangen eines Steuersignals mittels der Signalübertragungseinrichtung (33) öffnet. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Triggerschaltung (24) einen Strommesser (34) aufweist, welcher im Betrieb den durch die Maschinen-Rotorspule (103) strömenden elektrischen Strom ermittelt,
- dass die Triggerschaltung (24) derart ausgestaltet ist, dass sie den Schalter (23) öffnet, wenn der mittels des Strommessers (34) ermittelte Strom einen vorgegebenen Wert überschreitet. Synchronmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerschaltung (24) einen mit dem Strommesser (34) verbundenen Komparator (35) und eine mit dem Komparator (35) und dem Schalter (23) verbundene Gate-Treiberschaltung (36) aufweist. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichrichterschaltung (6) derart ausgestaltet ist, dass sie Stromflüsse in Richtung der Transformator-Sekundärspule (5) sperrt. Synchronmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, 26 dass die Anzahl der Maschinen-Statorspulen (105) 3 oder ein ganzes Vielfaches von 3 beträgt. Verwendung einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Traktionsmotor (120) in einem Kraftfahrzeug (200). Verwendung einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Stellmotor (130).
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