Die vorliegende Erfindung betrifft eine induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Eine Synchronmaschine ist eine rotierende elektrische Maschine, in der während des Betriebs ein Rotor oder Läufer synchron mit einem Drehfeld eines Stators o- der Ständers rotiert bzw. läuft. In der Regel kann eine Synchronmaschine als Motor oder als Generator betrieben werden. Bei einer elektrisch erregten oder fremderregten Synchronmaschine wird außerdem am Rotor ein Magnetfeld elektrisch erzeugt. Hierbei kommt zumindest eine Rotorspule zum Einsatz, die zum Erzeugen des rotorseitigen Magnetfelds mit elektrischer Energie, insbesondere in Form von Gleichstrom, versorgt werden muss. Bei einer induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine erfolgt die Zuführung der elektrischen Energie zur jeweiligen Rotorspule bürstenlos, nämlich mittels Induktion. Eine induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine entspricht dabei einer bürstenlosen fremderregten elektrischen Synchronmaschine.

Eine gattungsgemäße Synchronmaschine ist z.B. aus der DE 10 2016 207 392 A1 bekannt. Die gattungsgemäße Synchronmaschine umfasst einen Rotor, der wenigstens eine Rotorspule zum Erzeugen eines magnetischen Rotorfelds aufweist. Die Synchronmaschine weist außerdem einen Stator auf, an dem der Rotor um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist und der wenigstens eine Statorspule zum Erzeugen eines magnetischen Statorfelds aufweist. Des Weiteren ist die Synchronmaschine mit einem Drehtransformator ausgestattet, der wenigstens eine statorfest angeordnete Transformator-Primärspule und wenigstens eine rotorfest angeordnete Transformator-Sekundärspule aufweist. Die jeweilige Transfor- mator-Sekundärspule dient im Betrieb des Drehtransformators zum Versorgen der jeweiligen Rotorspule mit elektrischer Energie. Die jeweilige Transformator- Primärspule dient im Betrieb des Drehtransformators zum Induktiven Übertragen elektrischer Energie auf die jeweilige Transformator-Sekundärspule. Hierzu ist üblicherweise außerdem ein rotorfester Gleichrichter vorhanden, der elektrisch zwischen der jeweiligen Transformator-Sekundärspule und der jeweiligen Rotorspule angeordnet ist, um den Wechselstrom der jeweiligen Transformator- Sekundärspule in Gleichstrom für die jeweilige Rotorspule zu wandeln.

Üblicherweise kann die Synchronmaschine mit einer Maschinensteuerung ausgestattet sein, die zum Betreiben der Synchronmaschine als Motor und/oder als Generator mit der jeweiligen Statorspule und mit der jeweiligen Transform ator- Primärspule verbunden bzw. gekoppelt ist. Die Maschinensteuerung kann zweckmäßig außerdem so ausgestaltet sein, dass sie bei einem Maschinenfehler der Synchronmaschine eine Entmagnetisierung der jeweiligen Rotorspule bewirkt.

Bei einem Maschinenfehler, der bei einer der Komponenten der Synchronmaschine auftreten kann, beispielsweise innerhalb der Spulen von Rotor und Stator oder innerhalb der Elektronik der Maschinensteuerung, einschließlich eines Inverters, wird die Synchronmaschine abgeschaltet bzw. deaktiviert. Dies kann beispielsweise durch ein Beenden der Zuführung elektrischer Energie zur jeweiligen Statorspule sowie zur jeweiligen Transformator-Primärspule erfolgen. Um dabei ein abruptes Blockieren des Rotors im Stator bzw. um überkritische Ströme und Spannungen in den Spulen zu vermeiden, ist es bei einem Maschinenfehler erforderlich, die jeweilige Rotorspule zu entmagnetisieren.

Bei der bekannten, vorstehend genannten DE 10 2016 207 392 A1 wird vorgeschlagen, rotorseitig eine Bremsschaltung vorzusehen, die ein Schaltelement, eine Ansteuerschaltung und ein Lastelement umfasst. Sobald bei einem Maschinenfehler, zum Beispiel durch die Deaktivierung der Statorspulen, die rotorseitige Spannung einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt, öffnet das Schaltelement und führt die elektrische Energie zum Lastelement, in dem die elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Problematisch bei einer derartigen rotorseitigen Bremsschaltung kann sein, dass leistungsstarke Synchronmaschinen ohnehin einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind, so dass die mit dem Lastelement der Bremsschaltung erzeugte zusätzliche Wärme nicht abgeführt werden kann, so dass die elektrischen Komponenten der Bremsschaltung leicht überhitzen können.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform aufzuzeigen, bei der insbesondere die Endmagnetisierung der jeweiligen Rotorspule bei einem Maschinenfehler rasch und ohne Überhitzung durchgeführt werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Synchronmaschine statorseitig mit einem Entmagnetisierungskreis auszustatten, der im Fehlerfall elektrische Energie, die an der jeweiligen Statorspule durch das Rotorfeld induziert wird, abführen kann, so dass über die jeweilige Statorspule die Entmagnetisierung der jeweiligen Rotorspule erfolgen kann. Dabei kann die Energie mit dem Entmagnetisierungskreis direkt von der jeweiligen Statorspule abgeführt werden. Eine Überhitzung des Rotors sowie des Stators kann dadurch vermieden werden.

Zweckmäßig kann dieser Entmagnetisierungskreis intern gesteuert sein, beispielsweise mittels einer Steuereinheit oder Steuerschaltung, die einen mit einem unerwünschten Fehlerfall korrelierten Parameter, wie z.B. eine Spannung an der Statorspule oder an einem Abschnitt der Statorspule, überwacht und den Entmagnetisierungskreis beim Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts aktiviert.

Zusätzlich oder alternativ kann dieser Entmagnetisierungskreis extern steuerbar ausgestaltet sein, so dass er von außen, vorzugsweise von der Maschinensteuerung gezielt aktiviert und deaktiviert werden kann. Insbesondere lässt sich der Entmagnetisierungskreis dadurch im Fehlerfall synchron zum Deaktivieren der Synchronmaschine aktivieren. Hierdurch wird eine extrem kurze Ansprechzeit realisiert. Bei der Erfindung werden demnach die ohnehin vorhandenen Statorspulen genutzt, um im Fehlerfall das magnetische Rotorfeld abzubauen und die dabei gewandelte elektrische Energie abzuführen.

Im Einzelnen schlägt die Erfindung vor, die Synchronmaschine bzw. die Maschinensteuerung mit einem Entmagnetisierungskreis auszustatten, der mit der jeweiligen Statorspule elektrisch verschaltet ist, der eine Schalteinrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren des Entmagnetisierungskreises und wenigstens einen Verbraucher von elektrischer Energie und/oder wenigstens einen Speicher für elektrische Energie aufweist. Des Weiteren ist die jeweilige Schalteinrichtung so konfiguriert und/oder angesteuert, dass sie bei einem normalen Betrieb der Synchronmaschine den zugehörigen Entmagnetisierungskreis deaktiviert und dass sie bei einem Maschinenfehler den zugehörigen Entmagnetisierungskreis aktiviert. Im einfachsten Fall kann der Entmagnetisierungskreis als Bremsschaltung konzipiert sein und die Schalteinrichtung, den Verbraucher und die Steuereinheit bzw. die Steuerschaltung aufweisen.

Insbesondere kann die Schalteinrichtung mittels eines Choppers realisiert werden, der dabei wie ein Bremschopper eingesetzt wird. Der Chopper kann dann z.B. in Abhängigkeit der aktuell an der jeweiligen Statorspule anliegenden Spannung angesteuert werden. Hierzu kann eine hier nicht gezeigte, z.B. in die jeweilige Schalteinrichtung integrierte, Steuereinheit bzw. eine entsprechende Steuerschaltung die jeweilige Spannung überwachen und den Chopper, vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation, ansteuern. Sobald ein vorbestimmter Spannungsschwellwert überschritten wird, wird der Chopper zum Aktivieren des Entmagnetisierungskreises angesteuert, so dass der Chopper leitend wird und der Verbraucher bzw. der Speicher Strom aus der jeweiligen Statorspule abziehen kann. Fällt die überwachte Spannung wieder unter den Schwellwert, wird der Chopper zum Deaktivieren des Entmagnetisierungskreises angesteuert, so dass der Chopper wieder sperrt und folglich der Verbraucher bzw. der Speicher keinen Strom aus der jeweiligen Statorspule abziehen kann.

Zweckmäßig kann nun vorgesehen sein, dass die jeweilige Schalteinrichtung so konfiguriert ist, dass sie in Abhängigkeit einer an der jeweiligen Statorspule abgreifbaren Spannung den Entmagnetisierungskreis aktiviert. Dabei kann eine der Abgriffstellen zwischen den Spulenenden der jeweiligen Statorspule angeordnet sein, wodurch die abgegriffene Spannung nur durch einen entsprechenden Teil der Spulenspannung gebildet ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung kann die jeweilige Schalteinrichtung so konfiguriert sein, dass sie den Entmagnetisierungskreis aktiviert, wenn die an der jeweiligen Statorspule abgegriffene Spannung einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Dies kann besonders einfach mit einem Leistungstransistor oder Chopper realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher der Schwellwert so gewählt ist, dass die an der jeweiligen Statorspule anliegende Spannung oder Spulenspannung unterhalb einer Spannung oder Quellspannung bleibt, die eine elektrische Energiequelle zur Versorgung der Synchronmaschine bereitstellt. Zusätzlich oder alternativ kann die Maschinensteuerung mit der jeweiligen Schalteinrichtung verbunden bzw. gekoppelt und derart konfiguriert sein, dass sie bei einem normalen Betrieb der Synchronmaschine die jeweilige Schalteinrichtung zum Deaktivieren des Entmagnetisierungskreises ansteuert, während sie beim Maschinenfehler die jeweilige Schalteinrichtung zum Aktivieren des Entmagnetisierungskreises ansteuert.

Die Maschinensteuerung arbeitet beim Maschinenfehler zur Entmagnetisierung bevorzugt ohne Statorspulenkurzschluss, so dass die Statorspulen aktiv bleiben und zum induktiven Abführen des Rotorfelds genutzt werden können. In Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform als Bremsschaltung bzw. Bremschopper bedeutet dies, dass im Fehlerfall ein Inverter nicht kurzgeschlossen werden muss und auch nicht kurzgeschlossen wird. Stattdessen wird der Inverter lediglich ausgeschaltet bzw. geöffnet, so dass er die Bordnetzspannung bzw. Batteriespannung, insbesondere als Rechteckspannung, zur jeweiligen Statorspule reflektiert. Der Chopper wird dann rasch den Strom hochfahren und dadurch die Spannung an der jeweiligen Statorspule reduzieren bzw. auf einem niedrigen Niveau halten, vorzugsweise unterhalb des Niveaus der Bordnetz- bzw. Batteriespannung, und den Strom von der Batterie wegleiten.

Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei welcher der Entmagnetisierungskreis einen Speicher enthält, kann der Entmagnetisierungskreis außerdem zumindest einen Gleichrichter enthalten, der bei aktiviertem Entmagnetisierungskreis an der jeweiligen Statorspule anliegende Wechselspannung in Gleichspannung wandelt und dem jeweiligen Verbraucher bzw. dem jeweiligen Speicher zuführt. Hierdurch lässt sich die beim Entmagnetisieren der jeweiligen Rotorspule an der jeweiligen Statorspule induzierte elektrische Energie besonders einfach und effizient abführen. Ein solcher Gleichrichter kommt dann zum Einsatz, wenn ein Speicher verwendet wird. Auch kann je nach Ausgestaltung des Verbrauchers ein Gleichrichter von Vorteil sein.

In üblicher Weise kann die Maschinensteuerung einen Inverter zum Zuführen elektrischer Energie zur jeweiligen Statorspule aufweisen, wobei der Inverter mit der jeweiligen Statorspule über eine erste Inverterleitung und eine zweite Inverterleitung verbunden sein kann. Dabei ist die erste Inverterleitung mit einem ersten Spulenende der jeweiligen Statorspule elektrisch verbunden, während die zweite Inverterleitung mit einem zweiten Spulenende der jeweiligen Statorspule elektrisch verbunden ist. Über den Inverter wird somit die jeweilige Statorspule für den normalen Betrieb der Synchronmaschine zum Erzeugen des Statorfelds bestromt. Bei einer mehrphasigen Synchronmaschine sind mehrere Statorspulen vorgesehen, die zweckmäßig als Sternschaltung angeordnet sind. Die erste Inverterleitung kann dann an die jeweilige Statorspule am jeweiligen ersten Spulenende angeschlossen, während die zweite Inverterleitung dann an den sogenannten Sternpunkt der Sternschaltung angeschlossen ist, der in diesem Fall dem jeweiligen zweiten Spulenende entspricht. In diesem Fall ist den Statorspulen jeweils eine eigene erste Inverterleitung zugeordnet, während ihnen eine gemeinsame zweite Inverterleitung zugeordnet ist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann nun der Entmagnetisierungskreis für die elektrische Verschaltung mit der jeweiligen Statorspule ein Kreisleitungspaar mit zwei Kreisleitungen aufweisen, nämlich eine erste Kreisleitung und eine zweite Kreisleitung. Die Kreisleitungen lassen sich nun zum elektrischen Verbinden der jeweiligen Statorspule mit dem Entmagnetisierungskreis nutzen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann nun vorgesehen sein, dass die erste Kreisleitung mit der ersten Inverterleitung, insbesondere mit dem ersten Spulenende, elektrisch verbunden ist, während die zweite Kreisleitung mit der zweiten Inverterleitung, insbesondere mit dem zweiten Spulenende, elektrisch verbunden ist. In der Folge ist der Entmagnetisierungskreis parallel zur jeweiligen Statorspule geschaltet. Dies vereinfacht die Integration des Entmagnetisierungskreises in den Stator.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die erste Kreisleitung mit der ersten Inverterleitung, insbesondere mit dem ersten Spulenende, elektrisch verbunden sein, während die zweite Kreisleitung mit einem Spulenabgriff der jeweiligen Statorspule elektrisch verbunden ist, der elektrisch zwischen dem ersten Spulenende und dem zweiten Spulenende dieser Statorspule angeordnet ist. Hierdurch nutzt der Entmagnetisierungskreis nicht die ganze Statorspule, sondern nur einen Teil davon. In der Folge reduziert sich dann auch anteilig die Spannung, die vom Entmagnetisierungskreis an der jeweiligen Statorspule im Fehlerfall abgegriffen wird. Hierdurch lässt sich der Entmagnetisierungskreis mit vergleichsweise preiswerten Komponenten realisieren. Auch kann bei einem intern angesteuerten Entmagnetisierungskreis durch eine entsprechende Steuerschaltung erreicht werden, dass die Schalteinrichtung schon bei einem vergleichsweise niedrigen Schwellenwert für die Spannung aktiviert wird, so dass die Entmagnetisierung vergleichsweise früh aktiv wird.

Zweckmäßig ist eine Weiterbildung, bei welcher der Spulenabgriff innerhalb der jeweiligen Statorspule außermittig zwischen dem ersten Spulenende und dem zweiten Spulenende angeordnet ist. Insbesondere kann der Spulenabgriff innerhalb der jeweiligen Statorspule näher an dem ersten Spulenende angeordnet sein als am zweiten Spulenende. In der Folge ist die Spannung zwischen den Kreisleitungen bzw. zwischen dem Spulenabgriff und dem zweiten Spulenende kleiner als die Hälfte der Spannung zwischen den beiden Inverterleitungen bzw. zwischen den beiden Spulenenden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Synchronmaschine mehrphasig, vorzugsweise dreiphasig, ausgestaltet sein, wobei jeder Phase zumindest eine Statorspule zugeordnet ist. Dementsprechend der Entmagnetisierungskreis dann mit mehreren, vorzugsweise mit allen Statorspulen elektrisch verschaltet, um im Fehlerfall möglicht rasch viel Energie abführen zu können.

Eine andere Ausführungsform schlägt vor, dass die Synchronmaschine einphasig oder mehrphasig ausgestaltet ist, wobei jeder Phase eine Spulengruppe aus mehreren Statorspulen zugeordnet ist. Sofern eine solche Spulengruppe genau zwei Statorspulen aufweist, kann die Spulengruppe ein Spulenpaar bilden, bei dem sich die beiden zugehörigen Statorspulen vorzugsweise diametral gegenüberliegen. Somit liegen auch hier mehrere Statorspulen vor. Der Entmagnetisierungskreis ist auch in diesem Fall mit mehreren, vorzugsweise mit allen Statorspulen elektrisch verschaltet, um im Fehlerfall die Energie möglichst rasch und effizient abführen zu können.

Die beiden vorstehenden Varianten können auch miteinander kombiniert sein, so dass die Synchronmaschine mehrphasig, vorzugsweise dreiphasig, ausgestaltet ist, wobei jeder Phase wenigstens ein Spulenpaar aus zwei sich diametral gegenüberliegenden Statorspulen zugeordnet ist. Bei einer dreiphasigen Synchronmaschine sind dann zumindest sechs Statorspulen vorgesehen. Auch hier ist der Entmagnetisierungskreis mit mehreren, vorzugsweise mit allen, Statorspulen elektrisch verbunden.

Bevorzugt sind der jeweilige Verbraucher bzw. der jeweilige Speicher außen am Stator der außerhalb des Stators angeordnet, wodurch effektiv eine Überhitzung des Rotors vermieden werden kann. Der jeweilige Verbraucher kann wenigstens ein thermoelektrisches Element aufweisen, das elektrische Energie in Wärme wandelt. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Lastelement handeln, das ein elektrischer Widerstand, eine Suppressordiode oder eine Zenerdiode sein kann.

Die hier betrachtete Synchronmaschine kann bevorzugt als Antriebsmotor bzw. Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug und/oder für eine Leistung von 100kW bis 200kW, vorzugsweise von 120kW bis 160kW, insbesondere von etwa 140 kW, konzipiert sein.

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 Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine bei einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung der induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine bei einer zweiten Ausführungsform.

Entsprechend den Figuren 1 und 2 umfasst eine induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine 1 einen Rotor 2, einen Stator 3 und eine Maschinensteuerung 4. Der Rotor 2 weist wenigstens eine Rotorspule 5 zum Erzeugen eines magnetischen Rotorfelds und wenigstens eine Transformator-Sekundärspule 6 zum Versorgen der jeweiligen Rotorspule 5 mit elektrischer Energie auf. Zweckmäßig kann der Rotor 2 außerdem einen Gleichrichter 7 aufweisen, der von der Trans- formator-Sekundärspule 6 zugeführte Wechselspannung in Gleichspannung transformiert und diese der Rotorspule 5 zuführt. Der Rotor 2 ist am Stator 3 um eine Rotationsachse 8 drehbar gelagert. Der Stator 3 weist wenigstens eine Statorspule 9 zum Erzeugen eines magnetischen Statorfelds und eine Transformator- Primärspule 10 zum induktiven Übertragen von elektrischer Energie auf die jeweilige Transformator-Sekundärspule 6 auf. Die jeweilige Transformator-Primärspule 10 und die jeweilige Transformator-Sekundärspule 6 bilden einen Drehtransformator 33, der im Betrieb elektrische Energie induktiv zwischen den Transformatorspulen 6, 10 überträgt. Die Darstellungen der Figuren 1 und 2 sind hinsichtlich des Drehtransformators 33 nur schematisch zu verstehen. Insbesondere liegen sich die Transformatorspulen 6, 10 bei einem konkreten Drehtransformator bzw. bei einer konkreten Synchronmaschine 1 bezüglich der Rotationsachse 8 axial gegenüber. Die Maschinensteuerung 4 ist zum Betreiben der Synchronmaschine 1 als Motor und/oder als Generator mit der jeweiligen Statorspule 9 und mit der jeweiligen Transformator-Primärspule 10 verbunden. Die Maschinensteuerung 4 kann hierzu zumindest einen Inverter 11 aufweisen, der über eine erste Inverterleitung 13 und eine zweite Inverterleitung 14 mit der jeweiligen Statorspule 9 verbunden ist. In den Figuren 1 und 2 sind die Inverterleitungen 13 und 14 vereinfacht als Inverterleitungspaar 12 dargestellt. Es ist klar, dass bei einer mehrphasigen Synchronmaschine 1 üblicherweise eine Sternschaltung zum Einsatz kommt. Zum Bestro- men der jeweiligen Transformator-Primärspule 10 kann die Maschinensteuerung 4 eine Transformatorsteuerung 15 aufweisen, die über entsprechende Transformatorleitungen 16 mit der jeweiligen Transformator-Primärspule 10 verbunden ist. Die Transformatorsteuerung 15 kann insbesondere in den Inverter 11 integriert sein. Die Maschinensteuerung 4 kann außerdem eine Steuereinrichtung 17 aufweisen, die zumindest eine CPU beinhalten kann und die über eine Steuerleitung 18 mit dem Inverter 11 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 17 kann ebenfalls baulich in den Inverter 11 integriert sein.

Obwohl in Fig. 1 und 2 nur eine bzw. drei Statorspulen 9 gezeigt sind, ist klar, dass der Stator 3 auch mehr als eine oder drei Statorspulen 9 aufweisen kann.

Der Inverter 11 kann mit einer elektrischen Energiequelle 34 verbunden sein, wie zum Beispiel einer Batterie oder einem Bordnetz. In Figur 2 ist die Energiequelle 34 zur Vereinfachung weggelassen. Die Energiequelle 34 stellt bevorzugt Gleichspannung mit einer vorbestimmten Spannung oder Quellspannung bereit.

Die Maschinensteuerung 4 bzw. deren Steuereinrichtung 17 kann nun so konfiguriert sein, dass sie die Synchronmaschine 1 auf, insbesondere vorbestimmte, Maschinenfehler hin überwacht, wie z.B. überhöhte Werte für Temperatur, Drehzahl, Spannung und/oder Strom. Sobald ein Maschinenfehler identifiziert wird, beendet die Maschinensteuerung 4 die Zuführung elektrischer Energie zur jeweiligen Statorspule 9 und/oder zur jeweiligen Transformator-Primärspule 10. Dies wird hier zweckmäßig dadurch erreicht, dass der Inverter 11 ausgeschaltet bzw. deaktiviert, also nicht mehr aktiv angesteuert wird. Während der aktive Inverter 11 als Wechselrichter arbeitet, der von der Energiequelle 34 kommende Gleichspannung in Wechselspannung wandelt und der jeweiligen Statorspule 9 zuführt, arbeitet der inaktive Inverter 11 als Gleichrichter, der von der jeweiligen Statorspule 9 kommende Wechselspannung in Gleichspannung wandelt und der Energiequelle 34 zuführt. Ein Kurzschließen der jeweiligen Statorspule 9 soll dabei vorzugsweise nicht herbeigeführt werden. Mit anderen Worten, die Maschinensteuerung 4 arbeitet bevorzugt ohne Statorspulenkurzschluss.

Des Weiteren kann die Maschinensteuerung 4 bzw. deren Steuereinrichtung 17 so konfiguriert sein, dass sie im Fehlerfall gezielt eine Entmagnetisierung der jeweiligen Rotorspule 5 herbeiführt.

Zur Entmagnetisierung der Rotorspule 5 ist die Synchronmaschine 1 bzw. deren Maschinensteuerung 4 mit einem Entmagnetisierungskreis 19 ausgestattet, der mit der jeweiligen Statorspule 9 elektrisch verschaltet ist. Bei mehreren Statorspulen 9 ist der Entmagnetisierungskreis 19 zweckmäßig mit mehreren, vorzugsweise mit allen Statorspulen 9 elektrisch verschaltet. Der Entmagnetisierungskreis 19 weist eine Schalteinrichtung 20 auf, die so konfiguriert ist, dass sich damit der Entmagnetisierungskreis 19 aktivieren und deaktivieren lässt. Die Schalteinrichtung 20 kann so konfiguriert sein, dass sie intern angesteuert wird und quasi selbständig arbeitet. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende, hier nicht gezeigte Steuerschaltung oder Steuereinheit erfolgen. Beispielsweise kann die an der jeweiligen Statorspule 9 anliegende Spannung überwacht werden. Zum externen Ansteuern bzw. zum Betätigen der Schalteinrichtung 20 kann die Ma- schinensteuerung 4 bzw. deren Steuereinrichtung 17 über eine entsprechende Steuerleitung 21 mit dieser Schalteinrichtung 20 verbunden sein. Der Entmagnetisierungskreis 19 ist außerdem mit wenigstens einem Verbraucher 22 von elektrischer Energie und/oder mit wenigstens einem Speicher 23 für elektrische Energie ausgestattet. Sofern mehrere Statorspulen 9 vorhanden sind und der Entmagnetisierungskreis 19 mit mehreren oder mit allen Statorspulen 9 verschaltet ist, kann der Entmagnetisierungskreis 19 eine gemeinsame Schalteinrichtung 20 und wenigstens einen gemeinsamen Verbraucher 22 bzw. wenigstens einen gemeinsamen Speicher 23 aufweisen, der allen Statorspulen 9 zugeordnet ist, mit denen der Entmagnetisierungskreis 19 verschaltet ist. Die Schalteinrichtung 20 ist bevorzugt ein elektronischer Schalter, der beispielsweise mittels Diode, Transistor, MOSFET, IGBT oder Chopper realisiert sein kann. Insbesondere kann die Schalteinrichtung 20 mittels eines als Bremschopper verschalteten Choppers realisiert werden, der z.B. in Abhängigkeit der aktuell an der jeweiligen Statorspule 9 anliegenden Spannung angesteuert wird. Hierzu kann eine hier nicht gezeigte Ansteuerschaltung bzw. Steuerschaltung oder eine, z.B. in die jeweilige Schalteinrichtung 20 integrierte, Steuereinheit die jeweilige Spannung überwachen und den Chopper, vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation, ansteuern. Sobald ein vorbestimmter Spannungsschwellwert überschritten wird, wird der Chopper zum Aktivieren des Entmagnetisierungskreises 19 angesteuert, so dass der Chopper leitend wird und der Verbraucher 22 bzw. der Speicher 23 Strom aus der jeweiligen Statorspule 9 abziehen kann. Fällt die überwachte Spannung wieder unter den Schwellwert, wird der Chopper zum Deaktivieren des Entmagnetisierungskreises 19 angesteuert, so dass der Chopper wieder sperrt und folglich der Verbraucher 22 bzw. der Speicher 23 keinen Strom aus der jeweiligen Statorspule 9 abziehen kann.

Die Motorsteuerung 4 kann optional außerdem so konzipiert sein, dass sie bei einem normalen Betrieb der Synchronmaschine 1 die Schalteinrichtung 20 zum De- aktivieren des Entmagnetisierungskreises 19 ansteuert. Sobald jedoch ein Maschinenfehler vorliegt, steuert die Maschinensteuerung 4 die Schalteinrichtung 20 zum Aktivieren des Entmagnetisierungskreises 19 an. Beim Ausschalten der Stromzuführung zu den Statorspulen 19 und zur jeweiligen Transformator- Primärspule 10 ist noch immer ein restliches Statorfeld vorhanden. Außerdem ist das Rotorfeld noch vorhanden. Hierdurch wird in den Statorspulen 9 elektrische Energie induziert. Diese elektrische Energie kann nun über den Entmagnetisierungskreis 19 abgeführt und im jeweiligen Verbraucher 22 verbraucht bzw. im jeweiligen Speicher 23 gespeichert werden. Durch die Verbindung des Entmagnetisierungskreises 19 mit der jeweiligen Statorspule 9 kann diese zum Auskoppeln des magnetischen Rotorfelds genutzt werden, wodurch der apparative Aufwand zur Realisierung des Entmagnetisierungskreises 19 vergleichsweise gering ist. Bemerkenswert ist dabei, dass sich der Entmagnetisierungskreis 19 statorseitig, also außerhalb des Rotors 2 befindet. Die beim Entmagnetisieren der jeweiligen Rotorspule 5 abgeführte Energie kann somit nicht zum Aufwärmen des Rotors 2 dienen. Bemerkenswert ist außerdem, dass durch die Ansteuerung der Schalteinrichtung 20 durch die Maschinensteuerung 4 im Fehlerfall das Rotorfeld abgebaut werden kann bevor dieses eine überhöhte Spannung in der Statorspule 9 induzieren kann.

Zumindest für den Fall, dass der Entmagnetisierungskreis 19 einen Speicher 23 enthält, weist der Entmagnetisierungskreis 19 einen Gleichrichter 24 auf, der in den Darstellungen der Figuren 1 und 2 gemeinsam mit der Schalteinrichtung 20 in einer Baugruppe 25 ausgebildet ist. Der Gleichrichter 24 kann jedoch auch separat ausgestaltet sein. Bei aktiviertem Entmagnetisierungskreis 19 wandelt der Gleichrichter 24 an der jeweiligen Statorspule 9 anliegende Wechselspannung in Gleichspannung um, die dann dem jeweiligen Verbraucher 22 bzw. dem jeweiligen Speicher 23 zugeführt wird. Der Inverter 11 ist über die Inverterleitungen 13, 14 mit den Statorspulen 9 verbunden. Für die elektrische Kopplung des Inverters 11 mit der jeweiligen Statorspule 9 ist dabei die erste Inverterleitung 13 mit einem ersten Spulenende 29 der jeweiligen Statorspule 9 elektrisch verbunden, während die zweite Inverterleitung 14 mit einem zweiten Spulenende 30 der jeweiligen Statorspule 9 elektrisch verbunden ist. Der Entmagnetisierungskreis 19 weist für die elektrische Verschaltung mit der jeweiligen Statorspule 9 jeweils ein Kreisleitungspaar 26 auf, das zwei Kreisleitungen aufweist, nämlich eine erste Kreisleitung 27 und eine zweite Kreisleitung 28.

Bei der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist die jeweilige erste Kreisleitung 27 mit der ersten Inverterleitung 13 elektrisch verbunden, während die zweite Kreisleitung 28 mit der zweiten Inverterleitung 14 elektrisch verbunden ist. Somit ist je ein Kreisleitungspaar 26 mit den Inverterleitungen 13, 14 so elektrisch verbunden, dass der Entmagnetisierungskreis 19 parallel zur jeweiligen Statorspule 9 geschaltet ist. In diesem Fall wird die beim Ausschalten der Synchronmaschine 1 in die jeweilige Statorspule 9 induzierte elektrische Energie mit der vollen elektrischen Spannung über den Entmagnetisierungskreis 19 abgeführt.

Bei der in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist dagegen vorgesehen, die erste Kreisleitung 27 mit der ersten Inverterleitung 13 elektrisch zu verbinden, beispielsweise über das erste Spulenende 29. Im Unterschied dazu wird bei dieser zweiten Ausführungsform die zweite Kreisleitung 28 mit einem Spulenabgriff 31 elektrisch verbunden, der an der jeweiligen Statorspule 9 zusätzlich vorhanden ist und dabei zwischen dem ersten Spulenende 29 und dem zweiten Spulenende 30 angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass beim Ausschalten der Synchronmaschine 1 die an der jeweiligen Statorspule 9 induzierte elektrische Energie nicht mit der vollen Spannung über den Entmagnetisierungskreis 19 abgeführt werden muss, sondern mit einer anteiligen Spannung, die von der Positionierung des Spulenabgriffs 31 abhängt. Dies kann insbesondere bei der selbsttätig arbeitenden Schalteinrichtung 20 von Vorteil sein, wenn diese die Spannung an den Anschluss- oder Abgriffstellen 29, 31 der Kreisleitungen 27, 28 überwacht. In diesem Fall kann der Spannungsschwellwert, ab dem die Schalteinrichtung 20 den Entmagnetisierungskreis 19 aktiviert, vergleichsweise niedrig gewählt werden. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass die an der jeweiligen Statorspule 9 induzierte Spannung unterhalb einer Quellspannung verbleibt, die von der Energiequelle 34 bereitgestellt wird.

Im Beispiel der Figur 2 ist der Spulenabgriff 31 außermittig zwischen den beiden Spulenenden 29, 30 angeordnet. Dabei ist „außermittig“ elektrisch zu verstehen und bezieht sich auf die Anzahl der Windungen innerhalb der Statorspule 9. Dabei wird eine Konfiguration bevorzugt, bei der sich der Spulenabgriff 31 innerhalb der Statorspule 9 näher an dem ersten Spulenende 29 befindet als am zweiten Spulenende 30. Demnach besitzt die Statorspule 9 zwischen dem ersten Spulenende 29 und dem Spulenabgriff 31 weniger Wicklungen als zwischen dem Spulenabgriff 31 und dem zweiten Spulenende 30. Somit ist die über die Kreisleitungen 27, 28 abgreifbare elektrische Spannung kleiner als die Hälfte der an den Spulenenden 29, 30 anliegenden elektrischen Spannung.

Bei den hier gezeigten Beispielen ist die Synchronmaschine 1 mehrphasig, nämlich dreiphasig, ausgestaltet. Die einzelnen Phasen sind in den Figuren 1 und 2 mit U, V und W bezeichnet. Jeder Phase II, V, W ist dabei zumindest eine Statorspule 9 zugeordnet. Im vorliegenden Fall ist jeder Phase II, V, W jeweils ein Spulenpaar zugeordnet, das zwei Statorspulen 9 aufweist, die einander diametral gegenüberliegen. In Figur 1 ist stellvertretend für alle Statorspulen 9 nur eine einzige Statorspule 9 schematisch angedeutet. In Figur 2 sind stellvertretend für jede Phase U, V, W jeweils nur eine Statorspule 9 der drei Spulenpaare angedeutet. Sofern der Stator 3 mehrere Statorspulen 9 aufweist, ist der Entmagnetisierungskreis 19 zweckmäßig mit mehreren, vorzugsweise mit allen Statorspulen 9 verbunden, wobei die insbesondere wahlweise gemäß der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform oder gemäß der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform erfolgen kann.

Zweckmäßig kann der jeweilige Verbraucher 22 bzw. der jeweilige Speicher 23 außen am Stator 3 bzw. außerhalb des Stators 3 angeordnet sein. In Figur 2 ist mit unterbrochener Linie ein Statorgehäuse 32 angedeutet. Der jeweilige Verbraucher 22 bzw. der jeweilige Speicher 23 kann außen an diesem Statorgehäuse 32 angeordnet sein. Auch für den Fall, dass der jeweilige Verbraucher 22 zumindest ein thermoelektrisches Element aufweist, wird die beim Entmagnetisieren der jeweiligen Rotorspule 5 abgeführte Energie außerhalb des Rotors in Wärme umgewandelt, wodurch eine Überhitzung des Rotors 2 vermieden werden kann.

Für den Fall, dass ein Inverter 11 und eine Energiequelle 34, insbesondere Batterie oder Bordnetz, vorhanden sind, ist es im Fehlerfall nicht erforderlich, den Inverter 11 kurzzuschließen. Vielmehr kann er ausgeschaltet oder geöffnet werden. Die von der jeweiligen Statorspule 9 reflektierte bzw. zurückkommende Spannung wird vom Inverter 11 dann als Rechteckspannung an die Energiequelle 34 weitergeleitet. Der im Fehlerfall aktivierte Entmagnetisierungskreis 19 leitet den Strom von der jeweiligen Statorspule 9 weg zum Verbraucher 22 bzw. zum Speicher 23. Sofern die Schalteinrichtung 20, wie z.B. weiter oben beschrieben, in Abhängigkeit einer Spannung angesteuert wird, kann der Spannungsschwellwert gezielt so gewählt werden, dass die Spannung an der jeweiligen Statorspule 9 stets unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Dieser Grenzwert kann vorzugsweise kleiner als eine Spannung der Energiequelle 34 sein, die von der Energiequelle 34 bereitgestellt wird. Hierdurch kann ein effizienter Schutz der Energiequelle 34, insbesondere der Batterie bzw. des Bordnetzes erreicht werden.