DE102021212151A1

DE102021212151A1 - Rotor for a separately excited synchronous machine

Info

Publication number: DE102021212151A1
Application number: DE102021212151.9A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Grelle; Peter Kozlowski; Florian Osdoba; Penyo Topalov; Philipp Zimmerschied
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine fremderregte Synchronmaschine (2) mit auf einer Rotorwelle (4) angeordneten Rotorwicklungen (3), einem Auswuchtring (5) und einem mit einem Gleichrichter (6).Um einen Montageprozess zu vereinfachen ist vorgesehen, dass der Auswuchtring (5) und der Gleichrichter (6) eine vorgefertigte zusammenhängende Baugruppe (13) bilden.The invention relates to a rotor (1) for a separately excited synchronous machine (2) with rotor windings (3) arranged on a rotor shaft (4), a balancing ring (5) and one with a rectifier (6). In order to simplify an assembly process, it is provided that the balancing ring (5) and the rectifier (6) form a prefabricated coherent assembly (13).

Description

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.The invention relates to a rotor for an externally excited synchronous machine according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an externally excited synchronous machine with such a rotor.

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.So-called electrically separately excited synchronous machines require an electrical direct current to generate the magnetic rotor field. This process is called “rotor excitation”. In conventional synchronous machines, the rotor current is transmitted to the rotating rotor as electrical direct current using so-called carbon brush slip ring contacts. The disadvantage of this is that the carbon brushes wear out due to wear, especially at high speeds, and can produce undesirable electrically conductive carbon dust.

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.As an alternative to such a transmission of the electrical direct current with the aid of slip rings, it is known to implement the electrical energy transmission to the rotating rotary transformer rotor inductively, ie wirelessly. As part of a separately excited synchronous machine, such a structure is also referred to as a "rotating transformer" or "rotating planar transformer".

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.The functional principle of said inductive energy transmission is based on an electrical transformer, with the primary coil of the transformer being arranged on the stator of the rotary transformer or the synchronous machine and the secondary coil on the rotating rotor. Since an electrical AC voltage is always induced initially in the secondary coil during inductive energy transmission, it is necessary to electrically rectify the induced electrical AC voltage using a suitable rectifier circuit, which can also be arranged on the rotor, i.e. to convert it into an electrical DC voltage.

Nachteilig bei einer am sich drehenden Rotor angeordneten Gleichrichterschaltung sind die im Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen sowie eine vergleichsweise komplexe Konstruktion, da auf dem Rotor die Rotorwicklungen, ein Auswuchtring, ein Gleichrichter sowie stirnseitig der Rotorwicklungen Wickelköpfe der Rotorwicklung vorgesehen werden müssen. Die Wickelköpfe sind Teil der Rotorwicklung. Dies ist der Bereich in dem die Rotorwicklung umgeschlagen wird, also ihre Richtung ändert. Der Gleichrichter, die Rotorwicklung sowie der Auswuchtring werden dabei als separate Bauteile stirnseitig der Rotorwicklungen auf dem Rotor angeordnet, wobei zugleich elektrische Kontakte zwischen dem Gleichrichter und den Rotorwicklungen geschaffen werden müssen. Dies bedingt eine vergleichsweise aufwendige und damit auch teure Montage.Disadvantages of a rectifier circuit arranged on the rotating rotor are the mechanical loads occurring during operation and a comparatively complex construction, since the rotor windings, a balancing ring, a rectifier and end windings of the rotor winding must be provided on the rotor windings. The end windings are part of the rotor winding. This is the area in which the rotor winding is reversed, i.e. changes its direction. The rectifier, the rotor winding and the balancing ring are arranged as separate components on the front side of the rotor windings on the rotor, with electrical contacts between the rectifier and the rotor windings having to be created at the same time. This requires a comparatively complex and therefore also expensive installation.

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 Montageaufwand auszeichnet.The present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for a rotor for a separately excited synchronous machine, which is characterized in particular by reduced assembly effort.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of independent claim 1 . Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bislang separate Bauteile eines Rotors für eine elektrisch fremderregte Synchronmaschine in eine vormontierte Baugruppe zusammenzufassen, wodurch die in der vormontierten Baugruppe zusammengefassten Bauteile komplett und nicht mehr einzelnen am Rotor montiert werden müssen, was zu einer deutlichen Reduzierung des Montageaufwands führt. Der erfindungsgemäße Rotor für eine fremderregte Synchronmaschine besitzt dabei auf einer Rotorwelle angeordnete Rotorwicklungen, einen Auswuchtring sowie einen Gleichrichter, wobei erfindungsgemäß der Auswuchtring und der Gleichrichter in die zuvor beschriebene vorgefertigte und zusammenhängende Baugruppe zusammengefasst sind. Ein weiterer großer Vorteil einer derartigen zumindest den Auswuchtring und den Gleichrichter beinhaltenden Baugruppe liegt darin, dass der Gleichrichter bereits mechanisch am Auswuchtring gehalten ist. Zusätzlich ergibt sich auch eine vereinfachte elektrische Anbindung des Gleichrichters an die Rotorwicklungen.The present invention is based on the general idea of combining previously separate components of a rotor for an electrically separately excited synchronous machine in a preassembled assembly, as a result of which the components combined in the preassembled assembly have to be assembled on the rotor as a whole and no longer individually, which leads to a significant reduction in the Assembly effort leads. The rotor according to the invention for a separately excited synchronous machine has rotor windings arranged on a rotor shaft, a balancing ring and a rectifier, the balancing ring and the rectifier according to the invention being combined in the prefabricated and connected assembly described above. Another great advantage of such an assembly containing at least the balancing ring and the rectifier is that the rectifier is already held mechanically on the balancing ring. In addition, there is also a simplified electrical connection of the rectifier to the rotor windings.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors sind der Auswuchtring und der Gleichrichter miteinander verklebt, verschweißt, verlötet, verschraubt, verpresst, verclipst und/oder miteinander vergossen. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welche mannigfaltige Möglichkeiten für eine mechanische Verbindung zwischen dem Auswuchtring und dem Gleichrichter gegeben sind, wobei insbesondere beispielsweise durch ein miteinander Vergießen oder ein miteinander Verkleben bzw. Verschrauben eine hohe mechanische Haltekraft zwischen Auswuchtring und Gleichrichter ermöglicht wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei ein Eingießen des Gleichrichters und des Auswuchtrings in eine gemeinsame Kunststoffmatrix, wodurch nicht nur hohe mechanische Kräfte übertragen werden können, sondern zugleich auch eine elektrische Isolierung zwischen dem Auswuchtring und dem Gleichrichter ermöglicht wird. Durch beispielsweise ein Verschrauben oder Verclipsen wiederum kann eine lösbare Verbindung der Baugruppe, das heißt des Auswuchtrings und des Gleichrichters geschaffen werden, was sich insbesondere bei Reparaturarbeiten als Vorteil erweist.In an advantageous development of the rotor according to the invention, the balancing ring and the rectifier are glued, welded, soldered, screwed, pressed, clipped and/or cast together. Even this non-exhaustive list gives an idea of the many possibilities for a mechanical connection between the balancing ring and the rectifier, with a high mechanical holding force between the balancing ring and rectifier being made possible, for example, by casting or gluing or screwing together. It is particularly advantageous to cast the rectifier and the balancing ring in a common plastic matrix, which not only allows high mechanical forces to be transmitted, but also allows electrical insulation between the balancing ring and the rectifier. For example, by screwing or Clipping in turn can create a detachable connection of the assembly, ie the balancing ring and the rectifier, which proves to be an advantage in particular during repair work.

Zweckmäßig besitzt der Gleichrichter zumindest eine Elektronikkomponente, insbesondere eine Diode. Derartige Dioden sind beispielsweise als Halbleiterdioden ausgebildet und dienen dem Gleichrichten des beispielsweise vom Drehtransformator abgegebenen Wechselstroms, um nachfolgend in den Rotorwicklungen ein entsprechendes Magnetfeld erzeugen zu können.The rectifier expediently has at least one electronic component, in particular a diode. Diodes of this type are in the form of semiconductor diodes, for example, and are used to rectify the alternating current emitted, for example, by the rotary transformer, in order subsequently to be able to generate a corresponding magnetic field in the rotor windings.

Zweckmäßig ist an dem Auswuchtring zumindest eine Stützkontur vorgesehen, über welche die zumindest eine Elektronikkomponente bzw. der Gleichrichter abstützbar ist. Eine derartige Stützkontur dient im Betrieb des Rotors, bei welchem üblicherweise hohe Fliehkräfte auftreten, als Anschlag und somit als Abstützung für den Gleichrichter bzw. einer Elektronikkomponente desselben, wodurch der Gleichrichter bzw. dessen Elektronikkomponenten nicht durch Verbindungsmittel, wie beispielsweise Klebstoff, Schrauben oder ähnliches am Auswuchtring gehalten werden müssen, sondern sich direkt auf diesem abstützen können. Hierdurch lassen sich insbesondere hohe Drehzahlen realisieren.At least one support contour is expediently provided on the balancing ring, via which the at least one electronic component or the rectifier can be supported. During operation of the rotor, in which high centrifugal forces usually occur, such a support contour serves as a stop and thus as a support for the rectifier or an electronic component of the same, which means that the rectifier or its electronic components cannot be attached by connecting means such as adhesive, screws or the like Balancing ring must be kept, but can be supported directly on this. In this way, high speeds in particular can be achieved.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist der Gleichrichter radial innerhalb des Auswuchtrings angeordnet und/oder stützt sich an einer Radialstufe des Auswuchtrings ab. Durch die Anordnung des Gleichrichters radial innerhalb des Auswuchtrings ist es möglich, den Auswuchtring zugleich als Haltering für den Gleichrichter bzw. dessen Elektronikkomponenten zu nutzen, wodurch der Auswuchtring nicht nur die Funktion einer Kompensation einer Unwucht, sondern zugleich auch eine Haltefunktion übernimmt. Durch eine Anordnung des Gleichrichters radial innerhalb des Auswuchtrings und/oder einer Abstützung des Gleichrichters an einer Radialstufe des Auswuchtrings können weitere mechanische Befestigungen, wie beispielsweise ein Verkleben, Verschrauben, Verpressen, Verclipsen oder miteinander Vergießen hinsichtlich ihrer Dimensionen deutlich reduziert werden, da die Verbindung deutlich weniger Kräfte, beispielsweise Fliehkräfte, aufnehmen muss.In a further advantageous embodiment of the rotor according to the invention, the rectifier is arranged radially inside the balancing ring and/or is supported on a radial step of the balancing ring. By arranging the rectifier radially inside the balancing ring, it is possible to use the balancing ring as a retaining ring for the rectifier or its electronic components, whereby the balancing ring not only has the function of compensating for an imbalance, but also has a holding function. By arranging the rectifier radially inside the balancing ring and/or by supporting the rectifier on a radial step of the balancing ring, further mechanical fastenings, such as gluing, screwing, pressing, clipping or casting together, can be significantly reduced in terms of their dimensions, since the connection is significantly fewer forces, such as centrifugal forces, must absorb.

Zweckmäßig weist die Rotorwicklung Wickelköpfe auf, wobei der Auswuchtring die Wickelköpfe an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite umgreifen. The rotor winding expediently has end windings, with the balancing ring encompassing the end windings on an outer lateral surface and on an axial end face.

Der Auswuchtring schließt dabei mit seiner Außenmantelfläche vorzugsweise oberflächenfluchtend mit einer Außenmantelfläche der Rotorwicklungen ab und kann mit der beschriebenen Form die Wickelköpfe des Rotors einhausen, wodurch diese geschützt angeordnet sind. Der Auswuchtring bildet in diesem Fall somit eine Art Schutzschild für die Wickelköpfe des Rotors.The balancing ring terminates with its outer lateral surface, preferably flush with an outer lateral surface of the rotor windings, and can enclose the winding overhangs of the rotor with the described shape, as a result of which they are arranged in a protected manner. In this case, the balancing ring forms a kind of protective shield for the end windings of the rotor.

Zweckmäßig ist die den Auswuchtring und den Gleichrichter aufweisende Baugruppe stirnseitig an den Rotorwicklungen angeordnet. Stirnseitig bedeutet in diesem Fall axial stirnseitig der Rotorwicklungen, wodurch das im vorherigen Absatz beschriebene Eintopfen der Wickelköpfe des Rotors durch den Auswuchtring und gegebenenfalls den Gleichrichter ermöglicht wird, sofern der Gleichrichter beispielsweise radial innerhalb des Auswuchtrings angeordnet ist.The assembly that has the balancing ring and the rectifier is expediently arranged on the face side of the rotor windings. In this case, frontal means axially on the front side of the rotor windings, which enables the winding overhangs of the rotor to be potted by the balancing ring and, if necessary, the rectifier, as described in the previous paragraph, if the rectifier is arranged radially inside the balancing ring, for example.

Zweckmäßig weist die Baugruppe einen Kontakt zur Rotorwelle auf. Ein derartiger Kontakt ermöglicht eine thermische Kopplung der Baugruppe und dabei insbesondere des Gleichrichters der Baugruppe mit der Rotorwelle, wodurch die elektronischen Komponenten des Gleichrichters bzw. der Gleichrichter selbst indirekt über die Rotorwelle gekühlt werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei, sofern die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist, in welcher im Betrieb des Rotors bzw. einer diesen Rotor aufweisenden Synchronmaschine ein Kühlmittel strömt. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Baugruppe keinen Kontakt zur Rotorwelle aufweist.The assembly expediently has contact with the rotor shaft. Such a contact enables thermal coupling of the assembly and in particular of the rectifier of the assembly to the rotor shaft, as a result of which the electronic components of the rectifier or the rectifier itself can be cooled indirectly via the rotor shaft. It is particularly advantageous if the rotor shaft is designed as a hollow shaft, in which a coolant flows during operation of the rotor or a synchronous machine having this rotor. Alternatively, it is of course also conceivable that the assembly has no contact with the rotor shaft.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors weist dieser einen Drehtransformator mit einem eine Primärspule aufweisenden Drehtransformator-Stator auf, an welchem ein Transformatorkern aus einem magnetischen Kernmaterial, vorzugsweise aus einem Ferrit, angeordnet ist. Zusätzlich besitzt der Drehtransformator einen relativ zum Drehtransformator-Stator drehbaren und eine Sekundärspule aufweisenden Drehtransformator-Rotor auf, wobei der Gleichrichter elektrisch mit den Rotorwicklungen und der Sekundärspule verbunden ist. Ein derartiger Drehtransformator ermöglicht eine drahtlose bzw. kontaktlose elektrische Kontaktierung des Rotors, das heißt einen bürstenlosen Antrieb, wodurch eine fremderregte Synchronmaschine mit deutlich reduzierten Verschleißeigenschaften ermöglicht wird. Über den elektrisch mit dem Drehtransformator-Rotor und dessen Sekundärspule verbundenen Gleichrichter kann der induzierte Wechselstrom gleichgerichtet und in Gleichstrom zur Bestromung der Rotorwicklung und zur Erzeugung eines dortigen Magnetfeldes umgewandelt werden. Mittels eines derartigen Drehtransformators lassen sich insbesondere sämtliche Nachteile von Schleifkontakten vermeiden.In a further advantageous embodiment of the rotor according to the invention, this has a rotary transformer with a rotary transformer stator having a primary coil, on which a transformer core made of a magnetic core material, preferably made of ferrite, is arranged. In addition, the rotary transformer has a rotary transformer rotor which is rotatable relative to the rotary transformer stator and has a secondary coil, the rectifier being electrically connected to the rotor windings and the secondary coil. A rotary transformer of this type enables wireless or contactless electrical contacting of the rotor, ie a brushless drive, as a result of which an externally excited synchronous machine with significantly reduced wear properties is made possible. The induced alternating current can be rectified via the rectifier, which is electrically connected to the rotary transformer rotor and its secondary coil, and converted into direct current for energizing the rotor winding and generating a magnetic field there. In particular, all the disadvantages of sliding contacts can be avoided by means of such a rotary transformer.

Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine fremderregte Synchronmaschine mit einem elektrisch bestrombaren Synchronmaschinen-Stator zum Erzeugen eines magnetischen Statorfeldes sowie mit einem elektrisch bestrombaren und gegenüber dem Synchronmaschinen-Stator drehbaren Rotor entsprechend den vorherigen Absätzen auszustatten. Eine derartige fremderregte Synchronmaschine, beispielsweise ein Elektromotor, kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug, eingesetzt werden und bietet aufgrund der zumindest aus dem Gleichrichter und dem Auswuchtring bestehenden Baugruppe, die komplett am Rotor montierbar ist, den Vorteil von deutlich reduzierten Herstellungskosten und einer einfacheren Montage.The present invention is also based on the general idea of a separately excited synchronous machine with an electrically energizable Synchronous machine stator for generating a magnetic stator field and equipped with a rotor that can be electrically energized and rotated relative to the synchronous machine stator in accordance with the previous paragraphs. Such a separately excited synchronous machine, for example an electric motor, can be used in particular in a motor vehicle, for example in an electric vehicle, and offers the advantage of significantly reduced production costs and due to the assembly consisting at least of the rectifier and the balancing ring, which can be completely mounted on the rotor an easier assembly.

Die Synchronmaschine kann als Traktionsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.The synchronous machine can be designed as a traction motor of a motor vehicle.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

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.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Preferred embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:

1 eine Längsschnittdarstellung durch einen Rotor entsprechend dem Stand der Technik,
2 eine Längsschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Rotor,
3 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer anderen Ausführungsform einem Auswuchtring und einem Gleichrichter aufweisenden Baugruppe,
4 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer ebenfalls anderen Ausführungsform der aus Auswuchtring und Gleichrichter bestehenden Baugruppe.

Show, each schematically:

1 a longitudinal section through a rotor according to the prior art,
2 a longitudinal section through a rotor according to the invention,
3 a representation as in 2 , but in another embodiment a balancing ring and a rectifier assembly,
4 a representation as in 2 , but with a likewise different embodiment of the assembly consisting of balancing ring and rectifier.

Entsprechend der 1, weist ein aus dem Stand der Technik bekannter Rotor 1' einer im Übrigen nicht gezeigten, fremderregten Synchronmaschine 2', Rotorwicklungen 3' auf, die zwischen Blechpaketen auf einer Rotorwelle 4' angeordnet sind. Ebenfalls vorgesehen sind ein Auswuchtring 5' sowie ein Gleichrichter 6', wobei letzterer elektrisch leitend mit den Rotorwicklungen 3' sowie einer Sekundärspule 7' eines Drehtransformators 8' verbunden ist. Der Drehtransformator 8' besitzt darüber hinaus eine Primärspule 9', die Bestandteil eines Drehtransformator-Stators 10' ist, der üblicherweise einen Transformatorkern aus einem magnetischen Kernmaterial, vorzugsweise aus einem Ferrit, aufweist. Die Sekundärspule 7' ist dabei Bestandteil eines Drehtransformator-Rotors 11', welcher drehfest mit der Rotorwelle 4' und damit relativ drehbar zum Drehtransformator-Stator 10' des Drehtransformators 8' ist.According to the 1 , A rotor 1' known from the prior art of a separately excited synchronous machine 2', otherwise not shown, has rotor windings 3', which are arranged between laminated cores on a rotor shaft 4'. Also provided are a balancing ring 5' and a rectifier 6', the latter being electrically conductively connected to the rotor windings 3' and to a secondary coil 7' of a rotary transformer 8'. The rotary transformer 8' also has a primary coil 9', which is part of a rotary transformer stator 10', which usually has a transformer core made of a magnetic core material, preferably ferrite. The secondary coil 7' is part of a rotary transformer rotor 11' which is non-rotatable with the rotor shaft 4' and thus rotatable relative to the rotary transformer stator 10' of the rotary transformer 8'.

Über den Drehtransformator 8' kann eine Wechselspannung bzw. ein Wechselstrom kontaktlos, das heißt insbesondere ohne Schleifkontakte, auf den Rotor 1' übertragen werden, wobei der Wechselstrom anschließend über den Gleichrichter 6' in Gleichstrom umgewandelt wird. Hierdurch ist die Erzeugung eines gleichbleibenden Magnetfelds in den Rotorwicklungen 3' möglich. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Rotor 1' stellen der Auswuchtring 5' und der Gleichrichter 6' separate Bauteile dar, wobei der Gleichrichter 6' ein Gehäuse sowie eine Leiterplatte aufweist. Der Auswuchtring 5' sowie der Gleichrichter 6' hausen dabei Wickelköpfe 12' der Rotorwicklungen 3' zumindest teilweise ein. Durch die separate Ausbildung des Gleichrichters 6' und des Auswuchtrings 5' wird der stirnseitig der Rotorwicklungen 3' vorhandene Bauraum nicht nur schlecht ausgenutzt, sondern es besteht auch ein vergleichsweise schwieriger elektrischer Kontakt zwischen den Rotorwicklungen 3' und dem Gleichrichter 6'. Zudem sind zur Montage des Auswuchtrings 5' und des Gleichrichters 6' am Rotor 1' zwei separate Montageschritte verbunden mit den damit einhergehenden höheren Montagekosten erforderlich.Via the rotary transformer 8', an AC voltage or an alternating current can be transmitted to the rotor 1' without contact, ie in particular without sliding contacts, with the alternating current then being converted into direct current via the rectifier 6'. This makes it possible to generate a constant magnetic field in the rotor windings 3'. In the case of the rotor 1' known from the prior art, the balancing ring 5' and the rectifier 6' represent separate components, with the rectifier 6' having a housing and a printed circuit board. The balancing ring 5' and the rectifier 6' at least partially enclose end windings 12' of the rotor windings 3'. The separate design of the rectifier 6' and the balancing ring 5' not only makes poor use of the available space at the front of the rotor windings 3', but there is also a comparatively difficult electrical contact between the rotor windings 3' and the rectifier 6'. In addition, to assemble the balancing ring 5' and the rectifier 6' on the rotor 1', two separate assembly steps associated with the associated higher assembly costs are required.

Im Folgenden wird nun anhand der 2 bis 4 die erfindungsgemäße Lösung beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile wie in 1 beziehen, jedoch ohne Apostroph bezeichnet sind.The following is now based on the 2 until 4 describes the solution according to the invention, with the same reference numbers referring to the same components as in 1 relate, but are denoted without an apostrophe.

Erfindungsgemäß bilden bei dem erfindungsgemäßen Rotor 1 entsprechend den 2 bis 4 der Auswuchtring 5 und der Gleichrichter 6 eine vorgefertigte zusammenhängende Baugruppe 13, die in einem gemeinsamen Montageschritt am Rotor 1 angebaut und mit den Rotorwicklungen 3 bzw. den Wickelköpfen 12 und zusätzlich mit dem Drehtransformator 8 verbunden werden können. Die Rotorwicklungen 3 sind dabei nur im Bereich ihrer Wickelköpfe 12 zu sehen und verlaufen zwischen die zwischen Blechpaketen. Durch die Zusammenfassung des Auswuchtrings 5 und des Gleichrichters 6 in eine gemeinsame vormontierte Baugruppe 13 bietet sich auch die Möglichkeit einer kostengünstigen, da separaten Vorfertigung und zugleich eine Straffung des Montageprozesses der Baugruppe 13 am Rotor 1. Der Auswuchtring 5 und der Gleichrichter 6 sind dabei beispielsweise miteinander verklebt, verschweißt, verlötet, verschraubt, verpresst, verclipst und/oder insbesondere in einer Kunststoffmasse miteinander vergossen. Hierdurch kann eine kostengünstige und zugleich mechanisch stabile und hohe Kräfte aufnehmende Verbindung zwischen den beiden Komponenten 5, 6 der Baugruppe 13 geschaffen werden. Bei einem Verclipsen bzw. Verschrauben kann darüber hinaus eine lösbare Verbindung geschaffen werden, die beispielsweise eine Reparatur erleichtert, da bei einem nicht beschädigten Auswuchtring 5 und einem beschädigten Gleichrichter 6 der Gleichrichter 5 ausgetauscht und eine Baugruppe 13 mit einem neuen Gleichrichter 6 bestückt und wieder am Rotor 1 angebaut werden kann. Eine derartige Demontierbarkeit der Baugruppe 13 bietet dabei insbesondere Vorteile hinsichtlich der Nachhaltigkeit.According to the invention form the rotor 1 according to the invention 2 until 4 the balancing ring 5 and the rectifier 6 have a prefabricated coherent assembly 13 which can be attached to the rotor 1 in a common assembly step and connected to the rotor windings 3 or the end windings 12 and additionally to the rotary transformer 8 . The rotor windings 3 can only be seen in the area of their end windings 12 and run between the laminated cores. The combination of the balancing ring 5 and the rectifier 6 in a common preassembled assembly 13 also offers the possibility of cost-effective, since separate prefabrication and at the same time a streamlining of the assembly process of the assembly 13 on the rotor 1. The balancing ring 5 and the rectifier 6 are, for example, glued, welded, soldered, screwed, pressed, clipped together and/or in particular cast together in a plastic mass. In this way, a connection between the two components 5, 6 of the assembly 13 that is inexpensive and at the same time mechanically stable and capable of absorbing high forces can be created. In addition, when clipping or screwing, a detachable connection can be created, which facilitates repairs, for example, because if the balancing ring 5 is not damaged and the rectifier 6 is damaged, the rectifier 5 can be replaced and an assembly 13 can be equipped with a new rectifier 6 and replaced on the Rotor 1 can be grown. Being able to disassemble the assembly 13 in this way offers particular advantages in terms of sustainability.

Der Gleichrichter 6 besitzt zumindest eine Elektronikkomponente, beispielsweise eine Leiterplatte 14 und Dioden 15, die auf der Leiterplatte 14 angeordnet sind.The rectifier 6 has at least one electronic component, for example a printed circuit board 14 and diodes 15, which are arranged on the printed circuit board 14.

An dem Auswuchtring 5 kann darüber hinaus eine Stützkontur 16 vorgesehen sein, über welche die zumindest eine Elektronikkomponente, beispielsweise die Leiterplatte 14 und/oder die Diode 15, abstützbar ist.In addition, a support contour 16 can be provided on the balancing ring 5, via which the at least one electronic component, for example the printed circuit board 14 and/or the diode 15, can be supported.

Bei der gemäß der 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors 1 ist eine derartige Stützkontur 16 als Innenmantelfläche des Auswuchtrings 5 ausgebildet, so dass der Gleichrichter 6 radial innerhalb des Auswuchtrings 5 angeordnet ist, und/oder sich an einer Radialstufe bzw. an der Innenmantelfläche des Auswuchtrings 5 abstützt.In the case of the 2 In the illustrated embodiment of the rotor 1 according to the invention, such a support contour 16 is formed as the inner lateral surface of the balancing ring 5, so that the rectifier 6 is arranged radially inside the balancing ring 5 and/or is supported on a radial step or on the inner lateral surface of the balancing ring 5.

Der Auswuchtring 5 kann die Wickelköpfe 12 an einer Außenmantelfläche und an einer axialen Stirnseite umgreifen, wodurch eine geschützte Anordnung dieser Wickelköpfe 12 ermöglicht wird. Der Auswuchtring 5 und der Gleichrichter 6 bzw. die daraus bestehende Baugruppe 13 sind dabei stirnseitig an den Rotorwicklungen 3 angeordnet, wobei die Baugruppe 13 üblicherweise mit ihrem Auswuchtring 5 in direktem Kontakt mit einer Stirnseite der Rotorwicklungen 3 und/oder mit den Wickelköpfe 12 steht.The balancing ring 5 can enclose the winding heads 12 on an outer lateral surface and on an axial end face, as a result of which a protected arrangement of these winding heads 12 is made possible. The balancing ring 5 and the rectifier 6 or the subassembly 13 consisting of it are arranged on the face side of the rotor windings 3, with the subassembly 13 usually being in direct contact with its balancing ring 5 with a face side of the rotor windings 3 and/or with the end windings 12.

Zur Rotorwelle 4 kann die aus dem Auswuchtring 5 und dem Gleichrichter 6 bestehende Baugruppe 13 entweder keinen Kontakt haben, wie dies gemäß den 2 und 3 gezeigt ist, oder aber mit dieser in Kontakt stehen, wodurch beispielsweise bei einer Ausbildung der Rotorwelle 4 als Hohlwelle ein Kühlmittel in einem Hohlraum 17 der Rotorwelle 4 strömen und dadurch diese und bei Kontakt mit der Baugruppe 13 auch den Gleichrichter 6 kühlen kann.The assembly 13 consisting of the balancing ring 5 and the rectifier 6 can either have no contact with the rotor shaft 4, as is the case in accordance with FIGS 2 and 3 is shown, or are in contact with it, whereby, for example, when the rotor shaft 4 is designed as a hollow shaft, a coolant can flow in a cavity 17 of the rotor shaft 4 and thereby cool it and, if it comes into contact with the assembly 13, also the rectifier 6.

Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Rotor 1 und der erfindungsgemäßen fremderregten Synchronmaschine 2 eine mechanische Halterung des Gleichrichters 6 am Auswuchtring 5 geschaffen werden, wobei dies durch eine Stützkontur 16 und zusätzlich durch ein miteinander Verkleben, Verschweißen, Verschrauben, Verlöten, Verpressen, Verclipsen oder miteinander Vergießen erfolgen kann. Durch die Möglichkeit der separaten Vorfertigung der Baugruppe 13 sind derartige Verbindungen, beispielsweise beim Schweißen und Löten bzw. Clipsen sowie elektrische Verbindungen auch leicht zugänglich, was den Montageprozess erleichtert.All in all, the rotor 1 according to the invention and the separately excited synchronous machine 2 according to the invention can be used to mechanically mount the rectifier 6 on the balancing ring 5, with this being achieved by means of a support contour 16 and additionally by gluing, welding, screwing, soldering, pressing, clipping or potting together can take place. Due to the possibility of separate prefabrication of the assembly 13, such connections, for example when welding and soldering or clipping, as well as electrical connections are also easily accessible, which facilitates the assembly process.

Die erfindungsgemäße Synchronmaschine 2 kann dabei beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Elektrofahrzeug 18 als Traktionsmotor eingesetzt werden. Hierdurch ist auch eine Reduzierung der Herstellungskosten für das Elektrofahrzeug 18 denkbar.The synchronous machine 2 according to the invention can be used, for example, in a motor vehicle, in particular in an electric vehicle 18 as a traction motor. A reduction in the production costs for the electric vehicle 18 is also conceivable as a result.

Claims

Rotor (1) for a separately excited synchronous machine (2), - with rotor windings (3) arranged on a rotor shaft (4), - with a balancing ring (5), - with a rectifier (6), characterized in that the balancing ring (5 ) and the rectifier (6) form a prefabricated assembly (13).

rotor after claim 1 , characterized in that the balancing ring (5) and the rectifier (6) are glued, welded, soldered, screwed, pressed, clipped and/or cast together.

Rotor after one of Claims 1 or 2 , characterized in that the rectifier (6) has a printed circuit board (14) and at least electronic components, in particular a diode (15).

rotor after claim 3 , characterized in that at least one support contour (16) is provided on the balancing ring (5), via which the at least one electronic component can be supported.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the rectifier (6) is arranged radially inside the balancing ring (5) and/or is supported on a radial step of the balancing ring (5) or an inner lateral surface of the balancing ring (5).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor windings (3) have winding overhangs (12), the balancing ring (5) encompassing the winding overhangs (12) on an outer lateral surface and on an axial end face.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the assembly (13) having the balancing ring (5) and the rectifier (6) is arranged on the face side of the rotor windings (3).

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the subassembly (13) having the balancing ring (5) and the rectifier (6) is connected to the rotor shaft (4) in a heat-transmitting manner.

Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor (1) has a rotary transformer (8) with a rotary transformer stator (10) having a primary coil (9), on which a transformer core made of a magnetic core material, preferably of a ferrite , and a rotary transformer rotor (11) which is rotatable relative to the rotary transformer stator (10) and has a secondary coil (7), the rectifier (6) being electrically connected to the rotor windings (3) and the secondary coil (7).

Externally excited synchronous machine (2), with an electrically energizable rotor (1) according to one of Claims 1 until 9 .