Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einem elektrischen Drehtransformator zur induktiven Energieübertragung, insbesondere in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine. Die Erfindung betrifft zudem eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem solchen System. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Synchronmaschine. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen fremderregten elektrischen Synchronmaschine als ein Traktionsmotor.

Ein elektrischer Drehtransformator kommt zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz. Zu diesem Zweck weist der Drehtransformator eine Primärspule sowie eine Sekundärspule auf. Die Primärspule ist üblicherweise ortsfest, wogegen die Sekundärspule relativ zur Primärspule beweglich, insbesondere rotierbar ist. Zu diesem Zweck weist ein solcher Drehtransformator üblicherweise einen ortsfesten Stator sowie einen relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierbaren Rotor auf. Der Stator des Drehtransformators, nachfolgend auch als Drehtransformator- Stator bezeichnet, weist gewöhnlich die Primärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule bezeichnet wird. Der Rotor des Drehtransformators, nachfolgend auch als Drehtransformator-Rotor bezeichnet, weist gewöhnlich die Sekundärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Sekundärspule bezeichnet wird.

Ein solcher Drehtransformator kommt insbesondere in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine zum Einsatz. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine weist einen ortsfesten Stator sowie einen im Betrieb relativ zum Stator um eine Rotationsachse rotierenden Rotor auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Stator und Maschinen-Rotor bezeichnet werden. Dabei wirken ein magnetisches Rotorfeld des Maschinen-Rotors und ein magnetisches Statorfeld des Maschinen-Stators zusammen. In der fremderregten elektrischen Synchronmaschine wird das benötigte Rotorfeld des Maschinen-Rotors fremderregt. Zu diesem Zweck weist der Maschinen-Rotor in der Regel eine Rotorspule auf, welche mit einem Gleichstrom zum Erzeugen des magnetischen Felds versorgt wird. Die Versorgung der Rotorspule kann mittels des Drehtransformators erfolgen.

Ein derartiger Synchronmotor mit einem Drehtransformator ist beispielsweise aus der EP 2 869 316 B1 bekannt. Im Betrieb induziert die Transformator-Primärspule in der Transformator-Sekundärspule eine Spannung.

Gewöhnlich sind Drehtransformator-Stator und Drehtransformator-Rotor derart aufeinander abgestimmt, dass in der Transformtor-Sekundärspule eine gewünschte Spannung induziert wird. Änderungen in der Abstimmung können somit zu Abweichungen der induzierten Spannung führen. Auch können gewünschte oder notwendige Änderungen der induzierten Spannung, insbesondere des durch die Rotorspule fließenden Stroms, somit nicht oder schwer umgesetzt werden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe für ein System mit einem Drehtransformator der eingangs genannten Art sowie für eine fremderregte elektrische Synchronmaschine mit einem solchen Drehtransformator und für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Synchronmaschine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche Nachteile aus dem Stand der Technik bekannter Lösungen beseitigen. Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, für das System sowie für die fremderregte elektrische Synchronmaschine und für das Kraftfahrzeug Ausführungsformen anzugeben, welche sich durch eine erhöhte Betriebsstabilität auszeichnen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht somit auf dem allgemeinen Gedanken, in einem System mit einem elektrischen Drehtransformator am elektrischen Drehtransformator eine induktive Signalübertragung vorzusehen, mit welcher mit einem Rotor des Drehtransformators Betriebssignale des Drehtransformators und/oder einer zugehörigen Anwendung, beispielsweise einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine, übertragen, insbesondere ausgetauscht, werden können. Folglich ist es auf einfache und effektive Art möglich, am Drehtransformator, insbesondere im Rotor des Drehtransformators, Betriebssignale und somit Betriebszustände bereitzustellen bzw. diese vom Rotor zu übertragen. Insbesondere kann somit auf eine drahtgebundene Signalübertragung zwischen dem im Betrieb relativ zum Stator rotierenden Rotor verzichtet werden. In der Folge kann der Betrieb des Drehtransformators sowie der zugehörigen Anwendung auf einfache Weise abhängig von besagten Betriebszuständen angepasst werden und/oder Störungen im Betrieb vereinfacht erkannt werden. Das Resultat ist eine verbesserte Betriebsstabilität des Drehtransformators und/oder der zugehörigen Anwendung. Die induktive Signalübertragung kommt dabei zusätzlich zur im Drehtransformator induktiven Energieübertragung zum Einsatz.

Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist das System den elektrischen Drehtransformator auf. Der elektrische Drehtransformator weist zur induktiven Energieübertragung eine Primärspule und eine Sekundärspule auf, welche nachfolgend auch als Transformator-Primärspule und Transformator- Sekundärspule bezeichnet werden. Zudem weist der Drehtransformator einen ortsfesten Stator, nachfolgend auch als Drehtransformator-Stator bezeichnet, sowie einen Rotor, nachfolgend auch als Drehtransformator-Rotor bezeichnet, auf. Der Drehtransformator-Stator weist die Transformator-Primärspule auf. Der Drehtransformator-Rotor weist die Transformator-Sekundärspule auf. Der Drehtransformator-Rotor ist relativ zum Drehtransformator-Stator um eine axial verlaufende Rotationsachse rotierbar. Im Betrieb rotiert somit der Drehtransformator-Rotor relativ zum Drehtransformator-Stator um die Rotationsachse. Zur induktiven Energieübertragung und somit im Betrieb wirken die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule zum Erzeugen einer elektrischen Spannung in der Transformator Sekundärspule induktiv zusammen, wobei die Spannung nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird. Das System weist ferner eine Signalübertragungseinrichtung zum induktiven Übertragen von Betriebssignalen mit dem Drehtransformator-Rotor auf. Die Signalübertragungseinrichtung weist zum Drehtransformator-Rotor drehfeste Spule auf, welche nachfolgend auch als Rotorsignalspule bezeichnet wird. Die Signalübertragungseinrichtung weist zudem eine zum Drehtransformator-Stator feste Spule auf, welche nachfolgend auch als Statorsignalspule bezeichnet wird. Die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule wirken im Betrieb zur Signalübertragung induktiv zusammen. Dabei ist die Statorsignalspule elektrisch von der Transformator-Primärspule getrennt. Zudem ist die Rotorsignalspule elektrisch von der der Transformator-Sekundärspule getrennt.

Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die axial verlaufende Rotationsachse. Dementsprechend verläuft "axial" parallel, insbesondere koaxial, zur Rotationsachse. Zudem verläuft "radial" quer zur Rotationsachse.

Die Transformator-Sekundärspule und die Transformator-Primärspule sind vorteilhaft axial gegenüberliegend angeordnet. Vorstellbar ist es auch, die Transformator-Sekundärspule und die Transformator-Primärspule radial benachbart, insbesondere gegenüberliegend, anzuordnen Die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule sind vorteilhaft axial gegenüberliegend angeordnet. Denkbar ist es auch, die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule radial benachbart, insbesondere gegenüberliegend, anzuordnen.

Vorteilhaft ist die Rotorsignalspule zur Transformator-Sekundärspule beabstandet. Bevorzugt ist die Rotorsignalspule zur Transformator-Sekundärspule radial, vorteilhaft nach radial innen, beabstandet. Vorteilhaft ist die Statorsignalspule zur Transformator-Primärspule beabstandet. Bevorzugt ist die Statorsignalspule zur Transformator-Primärspule radial, vorteilhaft radial nach innen, beabstandet. Somit werden Kopplungen zwischen den Transformatorspulen, das heißt die Transformator-Primärspule und die Transformator-Sekundärspule, und den Signalspulen verhindert oder zumindest reduziert.

Vorteilhaft verläuft die Transformator-Sekundärspule die Rotationsachse umgebend, insbesondere spiralförmig. Insbesondere ist die Transformator- Sekundärspule als eine Planarwicklung ausgebildet.

Vorteilhaft verläuft die Rotorsignalspule die Rotationsachse umgebend, insbesondere kreisförmig oder spiralförmig.

Vorteilhaft verläuft die Transformator-Primärspule die Rotationsachse umgebend. Insbesondere ist die Transformator-Primärspule als eine Flachspule ausgebildet.

Vorteilhaft werden das induktive Zusammenwirken der Transformator-Primärspule mit der Transformator-Sekundärspule einerseits und das induktive Zusammenwirken der Statorsignalspule mit der Rotorsignalspule andererseits auf unterschiedlichen Frequenzen umgesetzt. Somit werden insbesondere gegenseitige Einflüsse der induktiven Zusammenwirkungen verhindert oder zumindest reduziert. Bevorzugt wird die Signalübertragung auf einer höheren Frequenz umgesetzt als die induktive Energieübertragung zum Induzieren der Transformatorspannung. Somit kann die induktive Energieübertragung mit einer niedrigen Frequenz und einer erhöhten Leistung die die Signalübertragung mit einer hohen Frequenz und niedriger Leistung betrieben werden. Im Ergebnis ist das System mit hoher Leistung effektiv betrieben und zugleich eine zuverlässige und effiziente Signalübertragung erreicht.

Bevorzugt ist die Statorsignalspule fest am Drehtransformator-Stator angebracht. Somit werden im Betrieb mittels der Signalübertragungseinrichtung Betriebssignale zwischen dem Drehtransformator-Rotor und dem Drehtransformator-Stator übertragen.

Bevorzugt sind Ausführungsformen bei denen die Transformator-Sekundärspule die Rotationachse umgebend und axial flach ausgebildet ist.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen der Drehtransformator-Rotor eine Leiterplatte aufweist, welche mit der Transformator-Sekundärspule versehen ist. Somit kommt es zu einer einfachen Ausbildung des Drehtransformator-Rotors sowie einer einfachen und präzisen Montage und Anordnung der Transformator- Sekundärspule.

Vorstellbar ist es auch, die Transformator-Sekundärspule als eine vergossene Spule auszuführen.

Bevorzugt sind Ausführungsformen bei denen die Transformator-Sekundärspule zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte aufweist, welche nachfolgend auch als Transformator-Leiterbahn bezeichnet wird. Dies führt zu einer vereinfachten Ausbildung und Herstellung des Drehtransformators. Ferner ist die Transformator- Sekundärspule auf diese Weise vereinfacht ausgebildet und/oder mechanisch stabilisiert.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Transformator-Sekundärspule durch zumindest eine Transformator-Leiterbahn der Leiterplatte gebildet ist, also aus zumindest einer Transformator-Leiterbahn der Leiterplatte besteht.

Die Leiterplatte ist vorteilhaft axial flach ausgebildet. Somit ist die Leiterplatte bauraumsparend und gewichtsreduziert.

Besonders bevorzugt ist die Leiterplatte in axialer Draufsicht rund, beispielsweise als eine Scheibe oder als ein Ring ausgebildet.

Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen die Rotorsignalspule zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte aufweist, welche zur Unterscheidung zur zumindest einen Transformator-Leiterbahn nachfolgend auch als Signal- Leiterbahn bezeichnet wird. Das heißt, dass auch die Rotorsignalspule zumindest eine Leiterbahn der Leiterplatte aufweist und von der Transformator Sekundärspule elektrisch getrennt ist. Dies führt zu einer vereinfachten Herstellung des Drehtransformators sowie zu einer präzisen Anordnung der Rotorsignalspule.

Bevorzugt ist die Rotorsignalspule durch zumindest eine Signal-Leiterbahn der Leiterplatte gebildet. Die Rotorsignalspule besteht also aus der zumindest einen Signal-Leiterbahn. Somit ist Rotorsignalspule vereinfacht ausgebildet und/oder präzise positionier und/oder mechanisch stabilisiert.

Die jeweilige zumindest eine Transformator-Leiterbahn und/oder Signal-Leiterbahn kann auf der Leiterplatte angeordnet und somit optisch von außen wahrnehmbar oder innerhalb der Leiterplatte umschlossen und somit optisch von außen nicht wahrnehmbar sein. Selbstverständlich sind Ausführungsformen möglich, bei denen sowohl zumindest eine Leiterbahn auf der Leiterplatte und zumindest eine Leiterbahn innerhalb der Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte kann also insbesondere als eine dem Fachmann als "Multilayerleiterplatte" bekannte Leiterplatte ausgebildet sein

Die Transformator-Sekundärspule kann zumindest zwei axial zueinander beabstandete Transformator-Leiterbahnen aufweisen. Bevorzugt verlaufen dabei die Transformator-Leiterbahnen zueinander parallel.

Vorstellbar sind Ausführungsformen, bei denen zumindest eine Transformator- Leiterbahn auf der Leiterplatte und zumindest eine Transformator Leiterbahn innerhalb der Leiterplatte angeordnet sind.

Die Signalübertragungseinrichtung weist vorteilhaft eine zum Drehtransformator- Rotor drehfeste Einheit zum Verarbeiten von mittels der Rotorsignalspule empfangenen Betriebssignalen auf, welche nachfolgend auch als Rotorsignaleinheit bezeichnet wird. Die Rotorsignaleinheit ist in Empfangsrichtung der Rotorsignalspule nachgeschaltet.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen bei denen zwischen der Rotorsignalspule und der Rotorsignaleinheit ein elektrischer Filter zum Filtern des mittels der Rotorsignalspule empfangenen Betriebssignals geschaltet ist. Somit werden insbesondere mögliche Störungen des Betriebssignals, welche beispielsweise durch die Transformatorspulen verursacht sein können, gefiltert. In der Folge kommt es zu einer erhöhten Qualität der Signalübertragung und/oder einer verbesserten Betriebsstabilität des Drehtransformators.

Bevorzugt sind die Rotorsignaleinheit und/oder der Filter an der Leiterplatte vorgesehen. Die Signalübertragungseinrichtung weist vorteilhaft eine Einheit zum Verarbeiten von mittels der Statorsignalspule empfangenen Betriebssignalen auf, welche nachfolgend auch als Statorsignaleinheit bezeichnet wird. Die Statorsignaleinheit ist zum Drehtransformator-Stator fest und somit ortsfest. Die Statorsignaleinheit ist in Empfangsrichtung der Statorsignalspule nachgeschaltet.

Vorteilhaft ist zwischen der Statorsignalspule und der Statorsignaleinheit ein elektrischer Filter zum Filtern des mittels der Statorsignalspule empfangenen Betriebssignals geschaltet. Somit werden insbesondere mögliche Störungen des Betriebssignals, welche beispielsweise durch die Transformatorspulen verursacht sein können, gefiltert. In der Folge kommt es zu einer erhöhten Qualität der Signalübertragung und/oder einer verbesserten Betriebsstabi lität des Drehtransformators.

Vorteilhaft ist zumindest eine der Signaleinheiten, bevorzugt die jeweilige Signaleinheit, auch zum Erzeugen eines Betriebssignals und/oder oder eines zumindest einen Betriebszustand enthaltenden Signals ausgebildet. Das heißt, dass vorteilhaft zumindest eine der Signaleinheiten, bevorzugt die jeweilige Signaleinheit, auch zum Senden eines Betriebssignals mittels der zugehörigen Signalspule ausgestaltet ist.

Bevorzugt sind Ausführungsformen bei denen die Transformatorspulen in einem zum Drehtransformator-Stator festen Magnetkern angeordnet sind. Somit kommt es zu einer verbesserten induktiven Zusammenwirkung der Transformatorspulen miteinander. Der Magnetkern, nachfolgend auch als Transformator-Magnetkern bezeichnet, kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere handelt es sich beim Magnetkern um einen Ferritkörper. Der Transformator-Magnetkern weist vorteilhaft eine axial offene Ausnehmung für die Transformator-Primärspule auf.

Vorteilhaft ist der Transformator-Magnetkern radial offen, sodass die Transformator-Sekundärspule, insbesondere die Leiterplatte, radial in den Transformator-Magnetkern eindringt und im Transformator-Magnetkern rotierbar ist.

Vorstellbar ist es, auch die Statorsignalspule und/oder die Rotorsignalspule im Transformator-Magnetkern anzuordnen. Dabei ist die Rotorsignalspule zweckmäßig im Transformator-Magnetkern drehbar angeordnet. Somit kommt es zu einer einfachen Ausbildung des Drehtransformators.

Denkbar ist es, die Statorsignalspule und die Rotorsignalspule in einem zum Transformator-Magnetkern radial beabstandeten Signal-Magnetkern anzuordnen. Somit werden magnetische Kopplungen der Signalspulen mit den Transformatorspulen verhindert oder zumindest reduziert. Auf diese Weise kommt es zu einer verbesserten Übertragung der Betriebssignale und reduzierten Störungen der Betriebssignale.

Vorteilhaft ist der Signal-Magnetkern ortsfest, das heißt zum Drehtransformator- Stator fest.

Bei dem Signal-Magnetkern kann es sich um einen beliebigen Magnetkern handeln. Insbesondere ist der Signal-Magnetkern ein Ferritkörper.

Vorteilhaft ist der Signal-Magnetkern zum Transformator-Magnetkern radial nach innen beabstandet. Bevorzugt weist der Signal-Magnetkern dabei eine radiale Durchführung auf, durch welche die Leiterplatte radial geführt ist. Das System kann eine der Transformator-Sekundärspule nachgeschaltete Gleichrichterschaltung aufweisen. Somit kann die in der Transformator Sekundärspule als Wechselspannung induzierte Transformatorspannung in eine Gleichspannung umgewandelt und einer zugehörigen Anwendung zur Verfügung gestellt werden.

Das System kann eine der Transformator-Primärspule vorgeschaltete Wechselrichterschaltung aufweisen. Somit kann die im Betrieb benötigte Wechselspannung für die Transformator-Primärspule aus einer elektrischen Energiequelle stammen, welche eine Gleichspannung bereitstellt.

Das System kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zur induktiven Energieübertragung zum Einsatz kommen.

Bevorzugt kommt der Drehtransformator des Systems zur induktiven Energieübertragung in einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine, insbesondere in einem fremderregten elektrischen Synchronmotor, zum Einsatz.

Die Synchronmaschine weist einen Rotor mit einer Rotorwelle auf, wobei der Rotor nachfolgend auch als Maschinen-Rotor bezeichnet wird. Der Maschinen- Rotor weist zumindest eine an der Rotorwelle drehfest versehene Spule auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule bezeichnet wird. Die zumindest eine Maschinen-Rotorspule erzeugt im Betrieb bei Versorgung mit einer Gleichspannung und somit mit einem Gleichstrom ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Synchronmaschine weist ferner einen ortsfesten Stator auf, welcher nachfolgend auch als Maschinen-Stator bezeichnet wird. Der Maschinen-Stator weist zumindest eine Spule auf, welche nachfolgend auch als Maschinen-Statorspule bezeichnet wird. Die zumindest eine Maschinen-Statorspule erzeugt im Betrieb ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Im Betrieb der Synchronmaschine wirkt das Statorfeld mit dem Rotorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor um die axiale Rotationsachse rotiert. Dabei ist der Drehtransformator-Stator zum Maschinen-Stator fest. Zudem ist der Drehtransformator-Rotor drehfest am Maschinen-Rotor angebracht. Insbesondere ist der Drehtransformator-Rotor drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Die zumindest eine Maschinen-Rotorspule ist mit der Transformator-Sekundärspule verbunden, derart, dass die zumindest eine Maschinen-Rotorspule im Betrieb mit einer Gleichspannung bzw. einem Gleichstrom zum Erzeugen des Rotorfelds versorgt ist. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft zwischen der Transformator- Sekundärspule und der zumindest einen Maschinen-Rotorspule eine Gleichrichterschaltung geschaltet, welche, wie vorstehend erwähnt, Bestandteil des Systems sein kann.

Bevorzugt ist der Drehtransformator, insbesondere der Drehtransformator-Rotor, axial stirnseitig des Maschinen-Rotors angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Drehtransformator zur Maschinen-Rotorspule und/oder zur Maschinen-Statorspule beabstandet. Somit kommt es zu einer Verhinderung oder zumindest Reduzierung von unerwünschten Wechselwirkungen zwischen dem Drehtransformator und dem Rotorfeld und/oder dem Statorfeld.

Das Betriebssignal enthält zweckmäßig Informationen über einen Betriebszustand des Drehtransformators und/oder der zugehörigen Anwendung, insbesondere über die Synchronmaschine. Bei dem jeweiligen Betriebszustand kann es sich beispielsweise um eine an der zumindest einen Maschinen-Rotorspule anliegende Spannung und/oder um einen durch die zumindest eine Maschinen-Rotorspule fließenden elektrischen Strom handeln. Das Betriebssignal kann ebenso ein Triggersignal für Schutzschaltungen am Drehtransformator-Rotor und/oder am Maschinen-Rotor sein. Ebenso kann das Betriebssignal eine Temperatur, beispielsweise zumindest einer der wenigstens einen Maschinen-Rotorspulen sein. Selbstverständlich ist es mit dem Betriebssignal auch möglich, zwei oder mehr Betriebszustände zu übertragen.

Die im Betrieb für die Transformator-Primärspule benötigte Wechselspannung kann einer beliebigen elektrischen Energiequelle stammen.

Vorstellbar ist es insbesondere, dass die Energiequelle eine Gleichspannung bereitstellt. Insbesondere kann es sich bei der Energiequelle um eine Batterie handeln. Dabei ist zwischen der Energiequelle und der Transformator-Primärspule zweckmäßig eine Wechselrichterschaltung vorgesehen, welche die Gleichspannung in die benötigte Wechselspannung umwandelt. Die Wechselrichterschaltung kann dabei, wie vorstehend erwähnt, Bestand des Drehtransformators sein.

Die Synchronmaschine kann prinzipiell in beliebigen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Insbesondere kann die Synchronmaschine als ein Traktionsmotor zum Einsatz kommen.

Die Synchronmaschine kommt insbesondere in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, welches als Energiequelle eine Batterie umfassen kann. Dabei dient die Synchronmaschine insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs, ist also ein Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs. Bevorzugt besitzt der erfindungsgemäße Traktionsmotor eine Ausgangs- bzw. Antriebsleistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere 140kW.

Der Traktionsmotor liefert vorteilhaft eine Leistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere von 140 kW. Es versteht sich, dass neben dem Drehtransformator auch die fremderregte elektrische Synchronmaschine sowie das Kraftfahrzeug jeweils ebenfalls zum Umgang der vorliegenden Erfindung gehören.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

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

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen stark vereinfachten Schaltplan einer fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit einem System, welches einen elektrischen Drehtransformator umfasst, in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Drehtransformator,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Drehtransformator bei einem anderen

Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine isometrische, teilweise geschnittene Ansicht eines Maschinen- Rotors der fremderregten elektrischen Synchronmaschine mit dem Drehtransformator,

Fig. 5 einen stark vereinfachten Schnitt durch die fremderregte elektrische Synchronmaschine.

Ein System 0, wie es beispielsweise in den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, weist einen elektrischen Drehtransformator 1 als induktiven Energieübertrager auf. Das System 0 kann in einer in den Figuren 1 bis 5 gezeigten fremderregten elektrischen Synchronmaschine 100 zum Einsatz kommen. Das System und/oder die Synchronmaschine 100 können in einem Kraftfahrzeig 200, wie es in Figur 1 stark vereinfacht gezeigt ist, zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann als ein Synchronmotor 110, insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 200, zum Einsatz kommen. Die fremderregte elektrische Synchronmaschine 100 kann also insbesondere als Traktionsmotor 120 eingesetzt werden. Hierzu kann der Traktionsmotor 120 beispielsweise eine Leistung zwischen 100 kW und 240 kW, insbesondere von 140 kW, liefern.

Wie den Figuren 1 bis 4 entnommen werden kann, weist der Drehtransformator 1 einen Stator 2 und einen Rotor 4 auf. Der Stator 2 wird nachfolgend als Drehtransformator-Stator 2 bezeichnet. Der Rotor 4 wird nachfolgend als Drehtransformator-Rotor 4 bezeichnet. Der Drehtransformator-Rotor 4 ist relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um eine axial verlaufende Rotationsachse 90 rotierbar. Im Betrieb rotiert also der Drehtransformator-Rotor 4 relativ zum Drehtransformator-Stator 2 um die Rotationsachse 90. Zur induktiven Energieübertragung weist der Drehtransformator-Stator 2 eine Primärspule 3 und der Drehtransformator-Rotor 4 eine Sekundärspule 5 auf. Die Primärspule 3 und die Sekundärspule 5 sind, wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, in den gezeigten Ausführungsbeispielen axial gegenüberliegend angeordnet. Im Betrieb induziert die Primärspule 3, welche nachfolgend auch als Transform ator- Primärspule 3 bezeichnet wird, in der Sekundärspule 5, welche nachfolgend als Transformator-Sekundärspule 5 bezeichnet wird, eine Wechselspannung, welche nachfolgend auch als Transformatorspannung bezeichnet wird.

Die vorliegend angegebenen Richtungen beziehen sind auf die Rotationsachse 90. Dementsprechend verläuft "axial" parallel zur Rotationsachse. Zudem verläuft "radial" quer zur Rotationsachse 90.

Die fremderregten elektrischen Synchronmaschine 100, nachfolgend auch kurz als Synchronmaschine 100 bezeichnet, weist, wie insbesondere den Figuren 4 und 5 entnommen werden kann, einen Rotor 101 auf. Der Rotor 101 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotor 101 bezeichnet. Der Maschinen-Rotor 101 weist eine Rotorwelle 102 und zumindest eine an der Rotorwelle 102 drehfest versehene Spule 103 (siehe Figur 1) auf. Die Spule 103 wird nachfolgend auch als Maschinen-Rotorspule 103 bezeichnet. Die Maschinen-Rotorspule 103 ist in Figur 1 als eine Induktivität und ein ohmscher Widerstand symbolisiert. Der Maschinen- Rotor 101 kann auch zwei oder mehr Maschinen-Rotorspulen 103 aufweisen, wobei nachfolgend der Einfachheit halber von einer Maschinen-Rotorspule 103 ausgegangen wird. Im Betrieb erzeugt die Maschinen-Rotorspule 103 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Rotorfeld bezeichnet wird. Die Synchronmaschine 100 weist ferner einen in Figur 5 vereinfacht gezeigten Stator 104 auf, der nachfolgend auch als Maschinen-Stator 104 bezeichnet wird. Zudem weist die Synchronmaschine 100 zumindest eine zum Maschinen-Stator 104 feste Spule 105 auf (siehe Figur 5), welche nachfolgend auch als Maschinen- Statorspule 105 bezeichnet wird. Im Betrieb erzeugt die zumindest eine Maschinen-Statorspule 105 ein magnetisches Feld, welches nachfolgend auch als Statorfeld bezeichnet wird. Dabei wirken Statorfeld und Rotorfeld derart zusammen, dass der Maschinen-Rotor 101 im Betrieb um die Rotationsachse 90 rotiert. Zum Erzeugen des Rotorfelds benötigt der Maschinen-Rotor 101 , insbesondere die Maschinen-Rotorspule 103, eine Gleichspannung. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird diese Gleichspannung der Maschinen- Rotorspule 103 mittels der Transformator-Sekundärspule 5 und somit mittels des Drehtransformators 1 zugeführt. Zu diesem Zweck ist, wie Figur 1 entnommen werden kann, zwischen der Transformator-Sekundärspule 5 und der Maschinen- Rotorspule 103 eine Gleichrichterschaltung 6 geschaltet, welche die Transformatorspannung in die Gleichspannung umwandet. Zudem ist zu diesem Zweck, wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, der Drehtransformator- Rotor 4 drehfest an der Rotorwelle 102 und somit am Maschinen-Rotor 101 angebracht. Somit rotiert der Drehtransformator-Rotor 4 im Betrieb mit der Rotorwelle 102 und folglich mit dem Maschinen-Rotor 101 um die Rotationsachse 90. Zudem ist der Drehtransformator-Stator 2 zum Maschinen-Stator 104 fest und somit ortsfest. Die Gleichrichterschaltung 6 kann Bestandteils des Systems 0 und mit dem Drehtransformator-Rotor 4 drehfest sein.

Wie insbesondere Figur 4 ferner entnommen werden kann, ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen der Drehtransformator 1 an einer axialen Stirnseite der Maschinen-Rotors 101 und zur Maschinen-Rotorspule 103 sowie zur Maschinen- Statorspule 105 beabstandet angeordnet.

Die Transformator-Primärspule 3 benötigt zum Induzieren der Transformatorspannung in der Transformator-Sekundärspule 5 eine Wechselspannung. Wie Figur 1 entnommen werden kann, wird die Transformator- Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen über eine elektrische Energiequelle 201 versorgt, welche eine Gleichspannung bereitstellt. Bei der Energiequelle 201 handelt es sich in den gezeigten Ausführungsbeispielen um eine Batterie 202 des Kraftfahrzeugs 200. Zum Versorgen der Transformator- Primärspule 3 mit der Wechselspannung ist zwischen der Energiequelle 201 und der Transformator-Primärspule 3 eine Wechselrichterschaltung 7 vorgesehen. Die Wechselrichterschaltung 7 wandelt die Gleichspannung der Energiequelle 201 in die Wechselspannung für die Transformator-Primärspule 3 um. Vorstellbar ist es dabei, dass die Wechselrichterschaltung 7 einen Umrichter umfasst.

Wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, weist der Drehtransformator- Rotor 4 in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine Leiterplatte 8 auf, welche mit der Transformator-Sekundärspule 5 versehen ist. Die Leiterplatte 8 ist scheibenförmig ausgebildet und weist eine runde Form, auf, ist also in der Art einer runden Scheibe bzw. eines Rings ausgebildet. Die Transformator- Sekundärspule 5 weist in den gezeigten Ausführungsbeispielen zumindest eine Leiterbahn 9 der Leiterplatte 8 auf, welche nachfolgend auch als Transformator- Leiterbahn 9 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht die Transformator-Sekundärspule 5 aus der zumindest einen Transformator- Leiterbahn 9 und ist als eine Planarwicklung 10 ausgebildet. Dabei weist die Leiterplatte 8, wie den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann, in den gezeigten Ausführungsbeispielen zwei zueinander axial beabstandete Transformator- Leiterbahnen 9 auf, welche die Rotationsachse 90 spiralförmig umgeben. Zudem ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen die zumindest eine Transformator- Leiterbahn 9 gänzlich in der Leiterplatte 8 angeordnet.

Die drehfeste Verbindung der Rotorwelle 102 mit dem Drehtransformator-Rotor 4 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen, wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, über eine in der Leiterplatte 8 zentrale Öffnung 14 realisiert, durch welche die Rotorwelle 102 greift.

Wie den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, ist die Transform ator- Primärspule 3 in den gezeigten Ausführungsbeispielen als eine Flachspule 11 ausgebildet. Wie den Figuren 2 bis 4 ferner entnommen werden kann, sind die Transformator-Primärspule 3 und die Transformator-Sekundärspule 5 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in einem zum Drehtransformator-Stator 2 festen Magnetkern 12, insbesondere in einem Ferritkern 13 angeordnet. Der Magnetkern 12 wird nachfolgend auch als Transformator-Magnetkern 12 bezeichnet. Der Transformator-Magnetkern 12 ist radial innen offen, sodass die Leiterplatte 9 mit der Transformator-Sekundärspule 5 in den Transformator-Magnetkern 12 eindringt und darin rotierbar angeordnet ist. Zudem weist der Transformator-Magnetkern 12 eine axial offene Ausnehmung 15 auf, in welcher die Transformator-Primärspule 3 angeordnet ist.

In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gleichrichterschaltung 6 rein beispielhaft als ein Brückengleichrichter 16 mit vier Dioden Da-d ausgebildet. Zudem ist die Wechselrichterschaltung 7 rein beispielhaft als ein Vollbrückenwechselrichter 17 ausgebildet, der vier Transistoren Ta-d und zwei Treiberschaltungen Sa, Sb für die Transistoren Ta-d aufweist.

Das System 0 weist, wie Figur 1 entnommen werden kann, eine Signalübertragungseinrichtung 20 zum Übertragen von Betriebssignalen mit dem Drehtransformator-Rotor 4 auf. Zu diesem Zweck weist die Signalübertragungseinrichtung 20 eine am Drehtransformator-Rotor 4 drehfeste Spule 21 und eine zum Drehtransformator-Stator 2 feste Spule 22 auf, welche im Betrieb zur Signalübertragung induktiv Zusammenwirken. Die Spule 21 wird nachfolgend auch als Rotorsignalspule 21 bezeichnet. Die Spule 22 wird nachfolgend auch als

Statorsignalspule 22 bezeichnet. Dabei ist die Transformator-Primärspule 3 elektrisch von der Statorsignalspule 22 und die Rotorsignalspule 21 elektrisch von der der Transformator-Sekundärspule 5 getrennt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Rotorsignalspule 21 und die Statorsignalspule 22 axial gegenüberliegend angeordnet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient die Signalübertragungseinrichtung 20 dem Übertragen von Betriebssignalen zwischen dem Drehtransformator-Rotor 4 und dem Drehtransformator-Stator 3. Zum Übertragen eines Betriebssignals an die Rotorsignalspule 21 und somit an den Drehtransformator-Rotor 4 induziert also die Statorsignalspule 22 in der Rotorsignalspule 21 eine Wechselspannung. Zum Übertragen eines Betriebssignals an die Statorsignalspule 22 und somit an den Drehtransformator-Stator 3 oder an den Maschinen-Stator 3 induziert die Rotorsignalspule 21 eine Wechselspannung in der Statorsignalspule 22. Die jeweils induzierte Wechselspannung wird nachfolgend auch als Signalspannung bezeichnet. Die Signalspannung beinhaltet also jeweils das Betriebssignal, entspricht insbesondere dem Betriebssignal. Natürlich können auch mehrere Betriebssignale zusammen oder nacheinander übertragen werden.

Mit dem Betriebssignal ist es insbesondere möglich, den Drehtransformator 1 an den Erfordernissen des Synchronmotors 100 anzupassen. Insbesondere kann somit das Rotorfeld genauer geändert und/oder genauer angepasst werden. Ebenso können mit dem Betriebssignal Diagnosewerte der Synchronmaschine 100 und/oder des Drehtransformators 1 übertragen und somit der Betrieb der Synchronmaschine 100 und/oder des Drehtransformators 1 verbesserte werden. Beim jeweiligen Betriebssignal kann es sich insbesondere um die an der Maschinen-Rotorspule 105 anliegenden Spannung und/oder um einen durch die Maschinen-Rotorspule 105 fließenden elektrischen Strom handeln. Das Betriebssignal kann ebenso ein Triggersignal für nicht gezeigte Schutzschaltungen am Drehtransformator-Rotor 4 und/oder am Maschinen-Rotor 101 und/oder eine Temperatur, beispielsweise der Maschinen-Rotorspule 103, sein.

Wie den Figuren 2 und 3 entnommen werden kann, kann die Rotorsignalspule 21 zumindest eine Leiterbahn 23 der Leiterplatte 8 aufweisen, welche nachfolgend auch als Signal-Leiterbahn 23 bezeichnet wird. Die zumindest eine Signal- Leiterbahn 23 ist elektrisch von der zumindest einen Transformator-Leiterbahn 9 getrennt. Die Signal-Leiterbahn 23 kann die Rotationsachse 90 umgebend, insbesondere kreis- oder spiralförmig, verlaufen. Insbesondere ist die Rotorsignalspule 21 durch zumindest eine Signal-Leiterbahn 23 der Leiterplatte 8 gebildet. Dabei weist die Rotorsignalspule 21 in den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 beispielhaft eine einzige solche Signal-Leiterbahn 23 auf. In den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Signal-Leiterbahn 23 gänzlich innerhalb der Leiterplatte 8 angeordnet.

Wie insbesondere den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, ist die Rotorsignalspule

21 in den gezeigten Ausführungsbeispielen zur Transformator-Sekundärspule 5 radial beabstandet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Rotorsignalspule 21 zur Transformator-Sekundärspule 5 radial nach innen versetzt angeordnet. Entsprechend ist auch die Statorsignalspule 22 zur Transform ator- Primärspule 3 radial beabstandet, in den gezeigten Ausführungsbeispielen radial nach innen versetzt angeordnet.

Wie Figur 1 entnommen werden kann, weist die Signalübertragungseinrichtung 20 sowohl rotorseitig als auch statorseitig eine Einheit 24 zum Verarbeiten des jeweils empfangenen Betriebssignals auf, welche nachfolgend auch als Signaleinheit 24 bezeichnet wird. Die jeweilige Signaleinheit 24 ist der zugehörigen Signalspule 21 ,

22 nachgeschaltet. Zudem weist die Signalübertragungseinrichtung 20 im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen der jeweiligen Signaleinheit 24 und der zugehörigen Signalspule 21 , 22 einen elektrischen Filter 25 zum Filtern der mittels der zugehörigen Signalspule 21 , 22 empfangenen Betriebssignals auf. Das heißt, dass die Signalübertragungseinrichtung 20 eine am Drehtransformator-Rotor 4 drehfeste Rotorsignaleinheit 24a zum Verarbeiten eines mittels der Rotorsignalspule 21 empfangenen Betriebssignals aufweist, welche der Rotorsignalspule 21 nachgeschaltet ist. Zwischen der Rotorsignalspule 21 und der Rotorsignaleinheit 24a ist ein elektrischer Filter 25a zum Filtern des mittels der Rotorsignalspule 21 empfangenen Betriebssignals geschaltet. Ferner weist die Signalübertragungseinrichtung 20 eine zum Drehtransformator-Stator 2 feste Statorsignaleinheit 24b zum Verarbeiten eines mittels der Statorsignalspule 22 empfangenen Betriebssignals auf, welche der Statorsignalspule 22 nachgeschaltet ist. Zwischen der Statorsignalspule 22 und der Statorsignaleinheit 24b ist ein elektrischer Filter 25b zum Filtern des mittels der Statorsignalspule 22 empfangenen Betriebssignals geschaltet. Somit können insbesondere Störungen im jeweils empfangenen Betriebssignal, insbesondere in der jeweiligen Signalspannung, welche beispielsweise durch magnetische Kopplungen mit der Transformator-Primärspule 3 und/oder mit der Transformator-Sekundärspule 5 entstehen können, rausgefiltert werden.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die jeweilige Einheit 24 auch zum Erzeugen eines Betriebssignals ausgestaltet sein, welches mittels der zugehörigen Signalspule 21 , 22 an die anderen Signalspule 21 , 22 übermittelt wird.

Wie in Figur 1 angedeutet, kann die Rotorsignaleinheit 24a zwischen der Gleichrichterschaltung 6 und der Maschinen-Rotorspule 103 eine Spannung und/oder einen Strom abgreifen, um beispielsweise die an der Maschinen- Rotorspule 103 anliegende Spannung und/oder den durch die Maschinen- Rotorspule 103 fließenden Strom zu bestimmen und als Betriebssignal zu übertragen. Ebenso kann die Rotorsignaleinheit 24a auf diese Weise elektrisch versorgt sein.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind auch die Statorsignalspule 22 und die Rotorsignalspule 21 im Transformator-Magnetkern 12 angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 unterscheidet sich hiervon dadurch, dass die Statorsignalspule 22 und die Rotorsignalspule 21 in einem zum Transformator- Magnetkern 12 radial beabstandeten Signal-Magnetkern 26 angeordnet sind. Somit werden mögliche magnetische Kopplungen zwischen der Signalübertragungseinrichtung 20 und den der Transformator-Primärspule 3 und/oder der Transformator-Sekundärspule 5 zumindest reduziert. Dabei ist der Signal-Magnetkern 26 vorteilhaft ortsfest, also zum Drehtransformator-Stator 2 fest. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Signal-Magnetkern 26 zum Transformator-Magnetkern 12 radial nach innen versetzt angeordnet. Dabei ist die Leiterplatte 8 radial durch den Signal-Magnetkern 26 geführt.

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