СИНХРОННАЯ МАШИНА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ С АВТОМАТИЧЕСКИМ РАЗЪЕДИНЕНИЕМ РОТОРА ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ ОБМОТКИ Российский патент 2019 года по МПК H02K21/14 H02K1/28 H02K1/30 H02K11/25 H02K11/27 B61C3/00 

Настоящее изобретение исходит из синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов,

- причем синхронная машина содержит статор, в котором размещена статорная обмотка,

- причем синхронная машина содержит ротор, имеющий возможность вращения вокруг оси вращения ротора, в котором размещены постоянные магниты,

- причем ротор соединен с валом двигателя через соединительное устройство,

- причем соединительное устройство выполнено таким образом, что оно соединяет ротор без проворачивания с валом двигателя, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки и постоянных магнитов, передается на вал двигателя.

Настоящее изобретение также исходит из наземного транспортного средства, причем наземное транспортное средство содержит несколько тяговых приводов, которые, соответственно, содержат такую синхронную машину и посредством синхронной машины приводят в движение, соответственно, по меньшей мере одно колесо наземного транспортного средства.

В наземных транспортных средствах - это особенно справедливо для рельсовых транспортных средств, но не обязательно ограничивается рельсовыми транспортными средствами - часто имеется множество инверторов (преобразователей) и электродвигателей, которые приводят в движение, соответственно, колесо или колесную пару. Если отдельный инвертор или электродвигатель выходит из строя, наземное транспортное средство продолжает эксплуатироваться без вышедшего из строя инвертора или вышедшего из строя электродвигателя. Если электродвигатель представляет собой синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов и подобный электродвигатель выходит из строя при коротком замыкании обмотки, т.е. происходит короткое замыкание в статорной обмотке, то, как известно в предшествующем уровне техники, соответствующий инвертор отключается и отсоединяется от электродвигателя. После отключения инвертора, никакое внешнее напряжение больше не подается на вышедший из строя электродвигатель. Однако за счет контакта колеса с рельсом или, в общем случае, контакта колеса с землей, ротор продолжает приводиться во вращение движущимся транспортным средством. Поэтому расположенные в роторе постоянные магниты индуцируют напряжение в статорной обмотке. Индуцированное напряжение вызывает протекание тока повреждения через место неисправности, в котором возникло короткое замыкание. Из-за этого часто возникают электрические дуги и/или высокие термические потери. Вследствие этого может произойти перегрев и возгорание изоляции статорной обмотки. При обстоятельствах, это также может привести к расплавлению меди статорной обмотки. Помимо этих отрицательных последствий, также может возникнуть (само по себе безвредное) дымообразование, которое, например, в случае рельсового транспортного средства может вызвать сильную обеспокоенность пассажиров.

Поэтом является предпочтительным, в случае короткого замыкания обмотки, отсоединить ротор (точнее: активную часть ротора) от вращающегося колеса, чтобы активная часть больше не вращалась. Тогда, ввиду отсутствия вращения, в статорной обмотке также больше не будет индуцироваться напряжение, так что из-за короткого замыкания обмотки больше не будет возникать никакого косвенного ущерба.

Известны предохранительные муфты для отсоединения тягового привода от трансмиссии в случае неисправности. Но они чаще всего включаются отдельно (активным образом).

Из DE 10 2013 104 558 A1 известна трансмиссия для рельсового транспортного средства, которая содержит вал колесной пары и большое (зубчатое) колесо для передачи крутящего момента от блока привода на вал колесной пары. В случае этой трансмиссии, предохранительная муфта без проворачивания соединена с валом колесной пары. Предохранительная муфта связывает большое зубчатое колесо без проворачивания с валом колесной пары. Предохранительная муфта имеет заданный момент переключения. При превышении крутящего момента, предохранительная муфта отсоединяет большое зубчатое колесо от вала колесной пары. Поэтому, согласно DE 10 2013 104 558 A1, вал колесной пары отсоединяется от привода при превышении механически действующего крутящего момента. Для отделения в случае короткого замыкания обмотки это выполнение не пригодно.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить синхронную машину с возбуждением от постоянных магнитов таким образом, что, в случае короткого замыкания обмотки, простым и надежным образом предотвращается передачу крутящего момента от вала двигателя на ротор синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов.

Задача решается синхронной машиной с возбуждением от постоянных магнитов с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующей изобретению синхронной машины являются предметом зависимых пунктов 2-12 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением, синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов вышеуказанного типа сконфигурирована так,

- что соединительное устройство выполнено таким образом, что оно соединяет ротор только сначала без проворачивания с валом двигателя, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки и постоянных магнитов, переносится на вал двигателя, и

- что соединительное устройство, кроме того, выполнено таким образом, что оно в случае короткого замыкания статорной обмотки автоматически размыкает соединение без проворачивания ротора, так что крутящий момент, воздействующий на вал двигателя, больше не переносится на ротор.

На основе такого выполнения, в случае короткого замыкания обмотки, происходит автоматическое размыкание соединения без проворачивания ротора с валом двигателя. За счет этого можно устранить вышеуказанные недостатки.

Вал двигателя может быть идентичным валу ротора - т.е. тому валу, на котором размещен ротор. В качестве альтернативы, это может быть другой вал. Но в каждом случае валом двигателя является тот вал, через который крутящий момент от синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов выдается вовне.

В возможном варианте осуществления синхронной машины предусмотрено,

- что ротор размещен без проворачивания на валу ротора, отличающемся от вала двигателя,

- что вал двигателя содержит втулку, охватывающую вал ротора,

- что между валом ротора и втулкой размещен подшипник,

- что соединительное устройство включает в себя удерживающий элемент, посредством которого втулка сначала прижата радиально к валу ротора, так что, на основе прижатия, крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки и постоянных магнитов, передается на вал двигателя, и

- что удерживающий элемент состоит, по меньшей мере частично, из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки, из-за возникающего перегрева статорной обмотки и/или возникающих электрических дуг снижается настолько, что прижатие втулки к валу ротора устраняется.

Этот вариант осуществления имеет преимущество, состоящее в том, что ротор, как и обычно, может быть размещен без проворачивания на валу ротора.

В этом варианте осуществления, удерживающий элемент может быть выполнен как бандаж, окружающий втулку радиально снаружи. Возможным материалом бандажа является пропитанный упрочняющим агентом стекловолоконный мат или углеволоконный мат. В этом случае температура плавления упрочняющего агента должна лежать между примерно 200°C и примерно 300°C, в частности, между примерно 250°C и примерно 280°C. Подобные упрочняющие агенты известны специалистам в данной области техники. Примером подходящего упрочняющего агента является, в частности, упрочняющий агент, у которого так называемая температура стеклования лежит в этом диапазоне. Термопласты могут выбираться в качестве такого упрочняющего агента.

Подшипник между валом ротора и втулкой обеспечивает то, что при продолжении движения наземного транспортного средства и, тем самым, в частности, при продолжении вращения вала двигателя не возникают повреждения, в частности, возможно свободное вращение вала двигателя относительно вала ротора. Предпочтительно, подшипник выполнен как предохранительный подшипник. На основе выполнения в виде предохранительного подшипника, подшипник между валом двигателя и валом ротора может выполняться просто и очень экономично. Предохранительный подшипник не должен обеспечивать непрерывную работу в течение дней, недель и месяцев. Достаточно иметь возможность продолжать текущее движение наземного транспортного средства, например, до следующей возможности ремонтных работ.

В другом возможном варианте осуществления синхронной машины предусмотрено,

- что ротор установлен на валу двигателя с возможностью вращения,

- что соединительное устройство включает в себя кольцо, которое на осевом конце ротора соединено с ротором без проворачивания,

- что соединительное устройство включает в себя по меньшей мере один болт, который размещен частично в выемке кольца и частично в выемке вала двигателя, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки и постоянных магнитов, передается через болт на вал двигателя,

- что соединительное устройство включает в себя удерживающий элемент, посредством которого сначала предотвращается радиальное смещение болта из выемки вала двигателя, и

- что удерживающий элемент, по меньшей мере частично, состоит из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки, из-за возникающего перегрева статорной обмотки и/или возникающих электрических дуг настолько снижаются, что болт смещается наружу из выемки вала двигателя.

Этот вариант осуществления имеет преимущество, состоящее в том, что крутящий момент, создаваемый синхронной машиной в нормальном режиме (т.е. при существовании соединения без проворачивания между ротором и валом двигателя), передается через болт. На удерживающий элемент действуют, напротив, только центробежные силы, оказывающие влияние от болта на удерживающий элемент. Однако они являются весьма незначительными.

Удерживающий элемент может быть выполнен в этом случае, например, как бандаж, окружающий кольцо радиально снаружи. Возможные материалы бандажа уже упомянуты выше.

Предпочтительным образом, соединительное устройство содержит по меньшей мере одну пружину сжатия, посредством которой на болт оказывает воздействие сила, направленная радиально наружу. Тем самым осуществляется то, что когда твердость и/или когезия удерживающего элемента снижается, болт посредством пружины сжатия активно прижимается радиально наружу. Пружина сжатия может - например, за счет соответствующего расчета или посредством стопора - выполняться таким образом, что она после выталкивания болта из вала двигателя сама не входит в кольцо. Альтернативно, пружина сжатия может быть рассчитана таким образом, что хотя она и выталкивает болт из вала двигателя и затем сама входит в кольцо, однако не может передать никакой существенный крутящий момент, а сама перед этим, например, срезается.

Особенно предпочтительным в настоящее время является выполнение синхронной машины таким образом,

- что ротор установлен на валу двигателя с возможностью вращения,

- что соединительное устройство включает в себя первый элемент сцепления, который размещен без проворачивания на валу двигателя,

- что соединительное устройство включает в себя второй элемент сцепления, который соединен без проворачивания с ротором,

- что соединительное устройство включает в себя удерживающий элемент, проходящий в осевом направлении через ротор и первый и второй элемент сцепления, посредством которого сначала первый элемент сцепления прижимается в осевом направлении к второму элементу сцепления, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки и постоянных магнитов, передается на вал двигателя посредством взаимодействия первого и второго элемента сцепления, и

- что удерживающий элемент, по меньшей мере частично, состоит из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки, из-за возникающего перегрева статорной обмотки и/или возникающих электрических дуг настолько снижается, что давление, воздействующее от удерживающего элемента на первый и второй элемент сцепления снижается настолько, что обеспечивает возможность смещения первого и второго элемента сцепления в сторону друг от друга.

Этот вариант осуществления имеет, в частности, преимущество, состоящее в том, что размыкание элемента сцепления, то есть устранение соединения без проворачивания ротора с валом двигателя, надежно реализуется, причем размыкание является независимым от того, при каком осевом положении возникает короткое замыкание обмотки и вследствие этого возникает наиболее сильное выделение тепла. В частности, опыт показывает, что когда возникает короткое замыкание обмотки, оно, как правило, возникает в одной из обеих лобовых частей обмотки.

Удерживающий элемент может быть выполнен как некоторое количество бандажей. Возможные материалы бандажей уже упомянуты выше.

В качестве альтернативы, возможно,

- что удерживающий элемент выполнен как некоторое количество болтов, которые зафиксированы на обоих осевых концах с помощью фиксирующих элементов, и

- что фиксирующие элементы состоят из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки, снижается из-за возникающего перегрева статорной обмотки и/или возникающих электрических дуг.

Фиксирующие элементы могут быть выполнены, например, как плавкие предохранители. Плавкие предохранители могут, например, состоять из мягкого припоя, который имеет подходящую температуру перехода в твердое состояние. Специалистам в данной области техники известны различные мягкие припои, причем они имеют температуры перехода в твердое состояние между 138°C и 308°C. В рамках предложенного изобретения пригодны мягкие припои с температурой перехода в твердое состояние между 200°C и 300°C, в частности, между 250°C и 280°C. Например, эвтектическая смесь из 99,3% олова и 0,7% меди имеет точку плавления 227°C. То же самое справедливо для эвтектической смеси из 99,0% олова, 0,3% серебра и 0,7% меди. Чистое олово имеет точку плавления 232°C, смесь из 89% олова, 10,5% сурьмы и 0,5% меди - температуру перехода в твердое состояние 242°C. Каждый из этих мягких припоев может применяться в качестве материала для плавких предохранителей. Также, по мере необходимости, могут применяться другие мягкие припои с более высокой или более низкой температурой перехода в твердое состояние. Также могут применяться подходящие пластики, например, PEEK.

Предпочтительным образом, между первым и вторым элементом сцепления размещена по меньшей мере одна пружина сжатия, посредством которой на первый и второй элемент сцепления воздействует сила, отталкивающая первый и второй элементы сцепления друг от друга. За счет этого обеспечивается то, что затем, когда твердость и/или когезия удерживающего элемента снижается, элементы сцепления посредством пружины сжатия активно отжимаются в стороны друг от друга.

Подшипник, посредством которого ротор установлен на валу двигателя, предпочтительно выполнен как предохранительный подшипник. На основе выполнения в виде предохранительного подшипника, подшипник ротора на валу двигателя может выполняться просто и очень экономично. Предохранительный подшипник не должен обеспечивать непрерывную работу в течение дней, недель и месяцев. Достаточно иметь возможность продолжать некоторое время текущее движение наземного транспортного средства.

Задача также решается наземным транспортным средством с признаками пункта 13 формулы изобретения. В соответствии с изобретением, наземное транспортное средство вышеуказанного вида выполнено так, что приводы содержат, соответственно, соответствующую изобретению синхронную машину.

Вышеописанные свойства, признаки и преимущества настоящего изобретения, а также то, как они достигаются, поясняются в последующем описании примеров выполнения, которые поясняются со ссылками на чертежи, на которых в схематичном представлении показано следующее:

Фиг. 1 - наземное транспортное средство,

Фиг. 2 - синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов,

Фиг. 3 - возможный вариант осуществления роторного устройства синхронной машины согласно фиг. 2,

Фиг. 4 - другой возможный вариант осуществления роторного устройства синхронной машины согласно фиг. 2 и

Фиг. 5 - другой возможный вариант осуществления роторного устройства синхронной машины согласно фиг. 2.

Согласно фиг. 1, наземное транспортное средство 1 содержит несколько тяговых приводов 2. Тяговые приводы 2 приводят в движение, соответственно, по меньшей мере одно колесо 3 наземного транспортного средства 1. Тяговые приводы 2, для привода в движение соответствующего колеса 3, содержат, соответственно, синхронную машину 4. Соответствующая синхронная машина 4, как правило, запитывается через соответствующий инвертор. Инверторы на чертежах не показаны.

В соответствии с представлением на фиг. 1, наземное транспортное средство 1 выполнено как рельсовое транспортное средство. Это выполнение, в рамках применения настоящего изобретения, представляет собой типовой случай для наземного транспортного средства. Однако настоящее изобретение также может применяться и в том случае, когда наземное транспортное средство 1 не связано с рельсами, например, когда наземное транспортное средство 1 выполнено как электромобиль, и каждое колесо электромобиля имеет собственный привод.

Синхронная машина 4 содержит, согласно фиг. 2, статор 5. В статоре 5 размещена статорная обмотка 6. Статорная обмотка 6 имеет среднюю часть 6', а также две лобовые части 6ʺ обмотки. Средняя часть 6' статорной обмотки 6 является той частью статорной обмотки 6, которая находится в самом статоре 5. Лобовые части 6ʺ обмотки являются теми частями статорной обмотки 6, которые в осевом направлении выступают из статора 5.

Синхронная машина 4 также имеет ротор 7. Ротор 7 размещен на валу 8. Вал 8 и с ним ротор 7 имеют возможность вращения вокруг оси 9 вращения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения - это поясняется в связи с дальнейшими чертежами - вал 8 представляет собой вал 10 двигателя синхронной машины 4. В других вариантах осуществления, речь идет о собственном вале, отличающемся от вала 10 двигателя. В этом случае вал 8 располагается на одной прямой с валом 10 двигателя, то есть, ось 9 вращения вала 8 идентична с осью вращения вала 10 двигателя. В роторе 7 размещены постоянные магниты 11. Поэтому синхронная машина 4 выполнена как синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов. Постоянные магниты 11 или их магнитное поле и вращающееся магнитное поле, генерируемое вследствие обтекания током статорной обмотки 6, взаимодействуют в процессе работы синхронной машины 4 для генерации крутящего момента.

Понятия ʺосевойʺ, ʺрадиальныйʺ и ʺтангенциальныйʺ всегда относятся к оси 9 вращения. ʺОсевымʺ является направление, параллельное к оси 9 вращения. ʺРадиальнымʺ является направление, ортогональное относительно оси 9 вращения, к оси 9 вращения и от нее. ʺТангенциальнымʺ является направление, которое проходит ортогонально как к осевому направлению, так и ортогонально к радиальному направлению. Таким образом, ʺтангенциальноеʺ означает направление, которое при постоянном осевом положении и при постоянном радиальном расстоянии направлено по кругу вокруг оси 9 вращения.

В рамках варианта осуществления согласно фиг. 3, вал 8 является собственным валом, то есть валом, отличающимся от вала 10 двигателя. В рамках варианта осуществления согласно фиг. 3, вал 8 далее обозначается как вал ротора. Ротор 7 размещен на валу 8 ротора без проворачивания. Вал 10 двигателя имеет втулку (ступицу) 12. Втулка 12 охватывает вал 8 ротора. Между валом 8 ротора и втулкой 12 размещен подшипник 13. В принципе, поэтому вал 8 ротора имеет возможность вращения относительно втулки 12. Подшипник 13 может, в частности, выполняться как предохранительный подшипник.

Ротор 7 соединен (косвенным образом через вал 8 ротора) с валом 10 двигателя через соединительное устройство 14. Соединительное устройство 14 включает в себя в рамках варианта осуществления согласно фиг. 3 прежде всего втулку 12. Кроме того, соединительное устройство 14 включает в себя удерживающий элемент 15. Посредством удерживающего элемента 15 втулка 12 прижимается радиально к валу 8 ротора. На основе прижатия, становится возможным передать крутящий момент, который генерируется посредством взаимодействия статорной обмотки 6 и постоянных магнитов 11, на вал 10 двигателя. Соединительное устройство 14 выполнено таким образом, что оно соединяет ротор 7 (сначала) без проворачивания с валом 10 двигателя. Удерживающий элемент 15 обуславливает, как правило, фрикционное соединение, в некоторых случаях соединение с геометрическим замыканием вала 8 ротора с валом 10 двигателя.

Удерживающий элемент 15 состоит, однако, по меньшей мере частично - предпочтительно полностью - из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки 6, из-за возникающего перегрева статорной обмотки 6 и/или возникающих электрических дуг настолько снижается, что прижатие втулки 12 к 8 валу ротора устраняется. Например, удерживающий элемент 15 может быть выполнен как бандаж из подобного материала, который окружает втулку 12 радиально снаружи. Если бандаж нагревается из-за короткого замыкания обмотки и возникающих за счет этого токов неисправности, то бандаж теряет свою твердость. За счет этого прижатие устраняется, так что вал 8 ротора через подшипник 13 может вращаться относительно вала 10 двигателя. Хотя при последующем охлаждении бандажа он снова затвердевает, однако прежнее соединение без проворачивания между валом 10 двигателя и валом 8 ротора (и через вал 8 ротора далее с ротором 7) вновь не восстанавливается. Скорее, оно остается аннулированным. Тем самым, соединительное устройство 14 выполнено таким образом, что оно в случае короткого замыкания статорной обмотки 6 автоматически размыкает соединение без проворачивания ротора 7, так что крутящий момент, воздействующий на вал 10 двигателя, более не передается на ротор 7.

Далее, со ссылками на фиг. 4 и 5 поясняются другие возможные варианты осуществления синхронной машины 4. В этих вариантах осуществления ротор 7 установлен с возможностью вращения прямо на валу 10 двигателя. Однако и в этих вариантах осуществления ротор 7 соединен с валом 10 двигателя через соединительное устройство 14. Соединительное устройство 14, как и в варианте осуществления согласно фиг. 3, выполнено таким образом, что оно ротор 7 (сначала) соединяет без проворачивания с валом 10 двигателя. В этом состоянии возможно, что крутящий момент, который генерируется за счет взаимодействия статорной обмотки 6 и постоянных магнитов 11, передается на вал 10 двигателя. Однако соединительное устройство 14, как в варианте осуществления согласно фиг. 4, так и в варианте осуществления согласно фиг. 5, выполнено таким образом, что оно в случае короткого замыкания статорной обмотки 6 автоматически размыкает соединение без проворачивания ротора 7. Тогда крутящий момент, воздействующий на вал 10 двигателя, больше не передается на ротор 7. Также и в этих вариантах осуществления, после размыкания соединения без проворачивания оно остается разомкнутым.

В варианте осуществления согласно фиг. 4, соединительное устройство 14 содержит кольцо 16, которое на осевом конце ротора 7 соединено с ротором 7 без проворачивания. Кольцо 16 имеет по меньшей мере одну выемку. На фиг. 4 показаны две такие выемки. Чаще всего имеются три или четыре выемки. Кроме того, вал 10 двигателя имеет, для каждой выемки кольца 16, соответствующую ей выемку.

В последующем описании ссылка дается всегда на одну выемку кольца 16 и соответствующую ей выемку вала 10 двигателя. Соответствующие выводы справедливы по аналогии также в тех случаях, когда кольцо 16 и вал 10 двигателя имеют, соответственно, несколько выемок.

Как выемка кольца 16, так и выемка вала 10 двигателя проходят радиально. В выемку кольца 16 введен болт 17. Болт 17 проходит через выемку кольца 16 в соответствующую выемку вала 10 двигателя. Таким образом, болт 17 размещен частично в выемке кольца 16 и частично в выемке вала 10 двигателя. Болт 17 обеспечивает соединение с геометрическим замыканием ротора 7 с валом 10 двигателя. Таким образом, крутящий момент, генерируемый посредством взаимодействия статорной обмотки 6 и постоянных магнитов 11, может передаваться через болт 17 на вал 10 двигателя.

Передача крутящего момента, разумеется, возможна лишь до тех пор, пока болт 17 размещен в обеих выемках (то есть, как в выемке кольца 16, так и выемке вала 10 двигателя). Кроме того, на болт 17 во время вращения вала 10 двигателя воздействуют центробежные силы. Поэтому соединительное устройство 14 включает в себя удерживающий элемент 18, посредством которого (сначала) предотвращается радиальное смещение болта 17 из выемки вала 10 двигателя. Удерживающий элемент 18 может, в соответствии с представлением на фиг. 4, выполняться как бандаж, который окружает кольцо 16 радиально снаружи. Аналогично варианту осуществления согласно фиг. 3, удерживающий элемент 18 состоит, по меньшей мере частично, предпочтительно даже полностью, из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки 6, из-за возникающего перегрева статорной обмотки 6 и/или возникающих электрических дуг снижается. Вышеуказанные выводы для удерживающего элемента 15 в варианте осуществления согласно фиг. 3 также применимы по аналогии.

В случае короткого замыкания статорной обмотки 6, удерживающий элемент 18, таким образом, теряет способность удерживать болт 17. Из-за этого, болт 17 может быть смещен из выемки вала 10 двигателя. При последующем охлаждении бандажа, он, правда, вновь затвердевает. Но болт 17 не может быть снова вдавлен обратно в выемку вала 10 двигателя. Правда, он может, при обстоятельствах, упасть обратно за счет силы тяжести. Однако самое позднее при новом повороте вала 10 двигателя он снова выпадет из выемки вала 10 двигателя под действием центробежной силы. В конкретном случае - это не показано на фиг. 4 - соединительное устройство 14 может иметь пружину сжатия, посредством которой на болт 17 действует сила, направленная радиально наружу. Пружина сжатия в этом случае размещена внутри вала 10 двигателя.

Фиг. 5 показывает другой вариант осуществления роторного устройства синхронной машины 4. Этот вариант осуществления является особенно предпочтительным в настоящее время. В варианте осуществления согласно фиг. 5 соединительное устройство 14 включает в себя первый элемент 19 сцепления и второй элемент 20 сцепления. Первый элемент 19 сцепления размещен без проворачивания на валу 10 двигателя. Второй элемент 20 сцепления соединен без проворачивания с ротором 7. Соединительное устройство 14 включает в себя, кроме того, удерживающий элемент 21. Удерживающий элемент 21 проходит как через ротор 7, так и через первый элемент 19 сцепления и второй элемент 20 сцепления в осевом направлении. Чаще всего, на другой стороне ротора 7, противоположной элементам 19, 20 сцепления, дополнительно размещено упорное кольцо 22, через которое удерживающий элемент 21 также проходит в осевом направлении. Удерживающий элемент 21 находится под напряжением растяжения. Поэтому посредством удерживающего элемента 21 (сначала) первый элемент 19 сцепления в осевом направлении прижимается (затягивается) к второму элементу 20 сцепления. За счет того, что удерживающий элемент 21 прижимает друг к другу элементы 19, 20 сцепления, становится возможным передать крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки 6 и постоянных магнитов 11, на вал 10 двигателя. Передача крутящего момента осуществляется, таким образом, за счет взаимодействия первого и второго элементов 19, 20 сцепления. Посредством элементов 19, 20 сцепления создается, как правило, фрикционное соединение, в некоторых случаях соединение с геометрическим замыканием ротора 7 с валом 10 двигателя.

Так же, как и в вариантах осуществления согласно фиг. 3 и 4, и в этом варианте осуществления согласно фиг. 5 удерживающий элемент 21 по меньшей мере частично состоит из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки 6, из-за возникающего перегрева статорной обмотки 6 и/или возникающих электрических дуг настолько снижаются, что давление, воздействующее от удерживающего элемента 21 на первый и второй элемент 19, 20 сцепления, снижается. В частности, давление снижается настолько, что удерживающий элемент 21 обеспечивает возможность осевого смещения первого и второго элементов 19, 20 сцепления в сторону друг от друга. Вследствие этого элементы 19, 20 сцепления уже не соединены без проворачивания друг с другом, так что вращение вала 10 двигателя оказывается развязанным относительно вращения ротора 7. Удерживающий элемент 21 - в зависимости от варианта осуществления - может, например, выдвигаться из элементов 19, 20 сцепления, разъединяться или срезаться.

В варианте осуществления согласно фиг. 5, удерживающий элемент 21 может быть выполнен как некоторое количество бандажей 23. Это представлено для одного бандажа 23 в верхней части фиг. 5. Для выполнения бандажей 23 как таковых по аналогии справедливы описания, приведенные выше со ссылками на фиг. 3 и 4.

В качестве альтернативы, удерживающий элемент 21 может быть выполнен как некоторое количество болтов 24, которые зафиксированы на обоих осевых концах посредством фиксирующих элементов 25. Это показано в нижней части фиг. 5. Болты состоят из стали или другого подходящего материала. Твердость и когезия болтов 24 остаются неизменными и в случае короткого замыкания статорной обмотки 6. Однако фиксирующие элементы 25 состоят из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки 6, из-за возникающего перегрева статорной обмотки 6 и/или возникающих электрических дуг снижается. В частности, фиксирующие элементы 25 могут быть выполнены как плавкие предохранители.

Предпочтительным образом, в соответствии с представлением на фиг. 5, между первым и вторым элементом 19, 20 сцепления расположены пружины 26 сжатия. Посредством пружин 26 сжатия, на первый и второй элемент 19, 20 сцепления может воздействовать сила, отталкивающая первый и второй элементы 19, 20 сцепления в сторону друг от друга. За счет этого гарантируется, что сцепление, образованное элементами 19, 20 сцепления, немедленно размыкается, когда фиксирующие элементы 25 теряют свою твердость или свою когезию на одной или на другой стороне ротора 7.

В рамках вариантов осуществления согласно фиг. 4 и 5, ротор 7 установлен на валу 10 двигателя 10 посредством подшипника 27. Подшипник 27 предпочтительно выполнен как предохранительный подшипник.

Таким образом, настоящее изобретение относится к следующему:

Синхронная машина 4 с возбуждением от постоянных магнитов содержит статор 5, в котором размещена статорная обмотка 6. Синхронная машина 4 содержит ротор 7, имеющий возможность вращения вокруг оси 9 вращения, в котором размещены постоянные магниты 11. Ротор 7 соединен с валом 10 двигателя посредством соединительного устройства 14. Соединительное устройство 14 выполнено таким образом, что оно сначала соединяет ротор 7 без проворачивания с валом 10 двигателя, так что крутящий момент, возникающий за счет взаимодействия статорной обмотки 6 и постоянных магнитов 11, передается на вал 10 двигателя. Кроме того, соединительное устройство 14 выполнено таким образом, что оно в случае короткого замыкания статорной обмотки 6 автоматически размыкает соединение без проворачивания ротора 7, так что крутящий момент, воздействующий на вал 10 двигателя, больше не передается на ротор 7.

Настоящее изобретение имеет множество преимуществ. В частности, оно может быть реализовано простым способом. Кроме того, в случае короткого замыкания обмотки, соединение без проворачивания ротора 7 с валом двигателя 10 может быть устранено простым и надежным способом.

Хотя изобретение подробно описано и проиллюстрировано посредством предпочтительных примеров выполнения, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и другие изменения могут быть выведены на этой основе специалистом в данной области техники без отклонения от объема защиты изобретения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – обеспечение простым и надежным образом предотвращения передачи крутящего момента от вала двигателя на ротор синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов в случае короткого замыкания обмотки. Синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов содержит статор, в котором размещена статорная обмотка, и ротор, имеющий возможность вращения вокруг оси вращения, в котором размещены постоянные магниты. Ротор соединен с валом двигателя через соединительное устройство. Соединительное устройство выполнено таким образом, что оно сначала соединяет ротор без проворачивания с валом двигателя, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки и постоянных магнитов, передается на вал двигателя. Кроме того, соединительное устройство выполнено таким образом, что оно в случае короткого замыкания статорной обмотки автоматически размыкает соединение без проворачивания ротора, так что крутящий момент, воздействующий на вал двигателя, больше не передается на ротор. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов,

- причем синхронная машина содержит статор (5), в котором размещена статорная обмотка (6),

- причем синхронная машина содержит ротор (7), имеющий возможность вращения вокруг оси (9) вращения, в котором размещены постоянные магниты (11),

- причем ротор (7) соединен с валом (10) двигателя через соединительное устройство (14),

- причем соединительное устройство (14) выполнено таким образом, что оно соединяет ротор (7) сначала без проворачивания с валом (10) двигателя, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки (6) и постоянных магнитов (11), передается на вал (10) двигателя,

- и причем соединительное устройство (14) включает в себя удерживающий элемент (15), который состоит, по меньшей мере частично, из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки (6), из-за возникающего перегрева статорной обмотки (6) и/или возникающих электрических дуг снижается настолько, что крутящий момент, воздействующий на вал (10) двигателя, больше не передается на ротор (7).

2. Синхронная машина по п. 1, отличающаяся тем,

- что ротор (7) размещен без проворачивания на валу (8) ротора, отличающемся от вала (10) двигателя,

- что вал (10) двигателя содержит втулку (12), охватывающую вал (8) ротора,

- что между валом (8) ротора и втулкой (12) размещен подшипник (13), и

- что соединительное устройство (14) включает в себя удерживающий элемент (15), посредством которого втулка (13) сначала прижата радиально к валу (8) ротора, так что, на основе поджатия, крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки (6) и постоянных магнитов (11), передается на вал (10) двигателя, и

- что удерживающий элемент (15) состоит, по меньшей мере частично, из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки (6), из-за возникающего перегрева статорной обмотки (6) и/или возникающих электрических дуг снижается настолько, что прижатие втулки (13) к валу (8) ротора устраняется.

3. Синхронная машина п. 2, отличающаяся тем, что удерживающий элемент (15) выполнен как бандаж, окружающий втулку (13) радиально снаружи.

4. Синхронная машина по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что подшипник (13) между валом (8) ротора и втулкой (12) выполнен как предохранительный подшипник.

5. Синхронная машина по п. 1, отличающаяся тем,

- что ротор (7) установлен на валу (10) двигателя с возможностью вращения,

- что соединительное устройство (14) включает в себя кольцо (16), которое на осевом конце ротора (7) соединено без проворачивания с ротором (7),

- что соединительное устройство (14) включает в себя по меньшей мере один болт (17), который размещен частично в выемке кольца (16) и частично в выемке вала (10) двигателя, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки (6) и постоянных магнитов (11), передается через болт (17) на вал (10) двигателя,

- что соединительное устройство (14) включает в себя удерживающий элемент (18), посредством которого сначала предотвращается радиальное смещение болта (17) из выемки вала (10) двигателя, и

- что удерживающий элемент (18), по меньшей мере частично, состоит из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки (6), из-за возникающего перегрева статорной обмотки (6) и/или возникающих электрических дуг настолько снижается, что болт (17) смещается наружу из выемки вала (10) двигателя.

6. Синхронная машина по п. 5, отличающаяся тем, что удерживающий элемент (18) выполнен как бандаж, окружающий кольцо (16) радиально снаружи.

7. Синхронная машина по п. 5 или 6, отличающаяся тем, что соединительное устройство (14) содержит по меньшей мере одну пружину сжатия, посредством которой на болт (17) оказывает воздействие сила, направленная радиально наружу.

8. Синхронная машина по п. 1, отличающаяся тем,

- что ротор (7) установлен на валу (10) двигателя с возможностью вращения,

- что соединительное устройство (14) включает в себя первый элемент (19) сцепления, который размещен без проворачивания на валу (10) двигателя,

- что соединительное устройство (14) включает в себя второй элемент (20) сцепления, который соединен без проворачивания с ротором (7),

- что соединительное устройство (14) включает в себя удерживающий элемент (21), проходящий в осевом направлении через ротор (7) и первый и второй элемент (19, 20) сцепления, посредством которого сначала первый элемент (19) сцепления прижимается в осевом направлении ко второму элементу (20) сцепления, так что крутящий момент, генерируемый за счет взаимодействия статорной обмотки (6) и постоянных магнитов (11), передается на вал (10) двигателя через взаимодействие первого и второго элемента (19, 20) сцепления, и

- что удерживающий элемент (21), по меньшей мере частично, состоит из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки (6), из-за возникающего перегрева статорной обмотки (6) и/или возникающих электрических дуг настолько снижаются, что давление, воздействующее от удерживающего элемента (21) на первый и второй элемент (19, 20) сцепления, снижается настолько, что обеспечивает возможность смещения первого и второго элемента (19, 20) сцепления в сторону друг от друга.

9. Синхронная машина по п. 8, отличающаяся тем, что удерживающий элемент (21) выполнен в виде некоторого количества бандажей (23).

10. Синхронная машина по п. 8, отличающаяся тем,

- что удерживающий элемент (21) выполнен в виде некоторого количества болтов (24), которые зафиксированы на обоих осевых концах с помощью фиксирующих элементов (25), и

- что фиксирующие элементы (25) состоят из материала, твердость и/или когезия которого, в случае короткого замыкания статорной обмотки, снижается из-за возникающего перегрева статорной обмотки (6) и/или возникающих электрических дуг.

11. Синхронная машина по пп. 8, 9 или 10, отличающаяся тем, что между первым и вторым элементом (19, 20) сцепления размещена по меньшей мере одна пружина (26) сжатия, посредством которой на первый и второй элемент (19, 20) сцепления воздействует сила, отталкивающая первый и второй элемент (19, 20) сцепления друг от друга.

12. Синхронная машина по одному из пп. 5-11, отличающаяся тем, что подшипник (27), посредством которого ротор (7) установлен на валу (10) двигателя, выполнен как предохранительный подшипник.

13. Наземное транспортное средство, причем наземное транспортное средство содержит несколько тяговых приводов (2), которые, соответственно, содержат синхронную машину (4) по одному из предыдущих пунктов и посредством синхронной машины (4) приводят в движение, соответственно, по меньшей мере одно колесо (3) наземного транспортного средства.