[发明专利]他励式同步电机以及运行同步电机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种他励式同步电机以及一种用于运行同步电机的方法。

背景技术

已知同步电机或者同步电动机，其中在其转子上设有永磁体、尤其是在周向上交替取向的径向磁化的永磁体。这种机器的定子被设置用于产生旋转磁场。

发明内容

本发明的目的因而在于，在同步电机中实现较好的调节特性。

根据本发明，所述目的在同步电机方面按照权利要求1来实现，在方法方面按照权利要求11给出的特征来实现。

本发明在他励式同步电机方面的重要特征在于：在转子上设有尤其作为励磁线圈的线圈绕组，其中，借助感应式旋转变压器为所述线圈绕组供电，所述旋转变压器的次级绕组与所述转子连接，所述旋转变压器的与所述次级绕组感应耦合的初级绕组设置成静止不动，尤其是与所述同步电机的定子相连接。

在这里优点在于，可以无损耗地向励磁绕组供电。此外，按照这种方式可以控制或甚至调节从初级侧出来的励磁电流。另选地，也可以在次级侧(亦即在转动的部件上)控制或甚至调节所述励磁电流。

也有利的是，可以实现高达每分钟20000转甚至高达100000转的极高转速，尤其是在输出级的供电电压有限的情况下。输出级可由电池单向(eindirekt)供电。

而且，该励磁可以极快速地断开。

另外优点是，可以断开励磁，进而可降低空转损耗。

其他有利之处在于，本发明的机器主要可以通过改变励磁来进行调节，因此尽管定子电流是恒定的(这有利于该机器的电设计和热设计)，但是该机器能在宽泛的转速范围内以几乎不变的定子电压有效值并因此以相同的功率运行。这对于以优化输入和/或输出功率为目标的系统而言尤为重要。

在一种有利实施方式中，次级绕组并联或串联有这样一个电容，使得相应的谐振频率基本相当于馈入初级绕组中的电流的频率。在这里优点在于，即使存在距离波动也能达到高效率，这是因为在越过旋转变压器的气隙谐振地传输能量时，效率的距离敏感度很低。

在一种有利实施方式中，在次级绕组上连接有有源或无源的整流器，用以向线圈绕组提供单极性电流尤其是直流电流。在这里优点在于，在无源整流器的实施方式中，转子的转动惯量可以被保持得很低，并且即使如此流经线圈绕组的电流也仍然可控，尤其是通过控制初级电流或者朝向一额定值/目标值调节初级电流。在可控的整流器的实施方式中有利的是，可以直接控制或者调节流经线圈绕组的电流，因此在调节时可以实现高动态特性，即使转子的转动惯量因这种可控元件而增大。

在一种有利实施方式中，次级绕组与AC/DC转换器的输入端连接，所述AC/DC转换器的输出端与线圈绕组连接。在这里优点在于，可以干预能量流。尤其可以将电流源式特性转换为电压源式特性，并因此可以实现可简单地进行干预的调整量/操纵量。

在一种有利实施方式中，设有用于检测流经线圈绕组的电流的传感器，和/或设有用于检测转子上的转子温度的传感器。在这里优点在于，能更好地进行调节，尤其在考虑转子温度的情况下甚至可以考虑系统参数值/过程参数值()的改变。

在一种有利实施方式中，在转子上设有调节器单元，传感器信号被输送给所述调节器单元。在这里优点在于，可以实现尽可能高的动态特性，这是因为调节器单元直接位于转子上，而不是间接地通过旋转变压器工作。

在一种有利实施方式中，在转子上设有功率开关/电路中断器，尤其是用于朝向一额定值/目标值调节流经线圈绕组的电流。在这里优点在于，损耗尽可能低，且调节的动态特性尽可能高。开关损耗直接出现在转动部件上。

在一种有利实施方式中——尤其在转子上——设有用于调制和解调高频的电流分量的单元。在这里优点在于，无需额外接线开销就可以在转动部件和静止部件之间实现安全的低干扰的数据传输。

在一种有利实施方式中，同步电机包括定子绕组和转子，在所述转子上线圈绕组如此沿周向设置和通电，使得能产生径向取向的磁场，这些磁场在周向上交替取向。在这里优点在于，该励磁场是可控的。

在一种有利实施方式中，转矩在转速恒定的情况下是可调或者可控的。

在一种有利实施方式中，同步电机的转子和与所述转子连接的、被驱动和/或驱动的、以能转动的方式被支承的部件具有如此之高的转动惯量，使得转矩能够比转速改变得更快，尤其是以至少快十倍的改变速度进行改变。在这里优点在于，转矩能够极为快速地改变，因此例如由同步电机产生的转矩能够累加在发动机的输出转矩上，其中，发动机的转速具有高的惯性，因此在转矩改变的时间尺度上表现为恒定。代替发动机也可以采用转动惯量大的其他装置，例如飞轮质量块。