DE102021121909B3

DE102021121909B3 - Rotor unit of an electric axial flow machine and electric axial flow machine

Info

Publication number: DE102021121909B3
Application number: DE102021121909.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Raber; Holger Witt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2023-01-19
Anticipated expiration: 2041-08-25
Also published as: WO2023025348A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotoreinheit und eine elektrischen Axialflussmaschine. Die Rotoreinheit (3) umfasst eine Rotorwelle (10) und auf der Rotorwelle (10) axial beweglich angeordnet einen ersten Rotor (20) und einen zweiten Rotor 30, wobei der erste Rotor (20) mittels wenigstens einer ersten Kopplungs-Blattfeder (40) mit der Rotorwelle (10) mechanisch verbunden ist und der zweite Rotor (30) mittels wenigstens einer zweiten Kopplungs-Blattfeder (50) mit der Rotorwelle (10) mechanisch verbunden ist, und wobei die Rotoreinheit (3) wenigstens eine die beiden Rotoren (20,30) miteinander mechanisch verbindendende Verbindungs-Blattfeder (70) aufweist, so dass bei Anlage eines Drehmoments an den Rotoren (20,30) in Abhängigkeit von der Relativ-Drehrichtung der Rotoren (20,30) eine der beiden Kopplungs-Blattfedern (40,50) unter Zugbelastung das Drehmoment von dem mit der betreffenden zugbelasteten Kopplungs-Blattfeder (40,50) gekoppelten Rotor (20,30) auf die Rotorwelle (10) überträgt, und die Verbindungs-Blattfeder (70) unter Zugbelastung das Drehmoment von dem jeweils anderen Rotor (20,30) auf den mit der zugbelasteten Kopplungs-Blattfeder (40,50) gekoppelten Rotor (20,30) überträgt und auf Grund der Zugbelastungen der Blattfedern (40,50) diese ihre axialen Erstreckungen verringern.Mit der hier vorgeschlagenen Rotoreinheit und der elektrischen Axialflussmaschine werden Antriebsaggregate zur Verfügung gestellt, die mit geringem Bauraumbedarf kostengünstig realisierbar sind.The invention relates to a rotor unit and an electrical axial flow machine. The rotor unit (3) comprises a rotor shaft (10) and a first rotor (20) and a second rotor 30 arranged so as to be axially movable on the rotor shaft (10), the first rotor (20) being connected by means of at least one first coupling leaf spring (40) is mechanically connected to the rotor shaft (10) and the second rotor (30) is mechanically connected to the rotor shaft (10) by means of at least one second coupling leaf spring (50), and wherein the rotor unit (3) contains at least one of the two rotors (20 ,30) has connecting leaf springs (70) that are mechanically connected to one another, so that when a torque is applied to the rotors (20,30) depending on the relative direction of rotation of the rotors (20,30), one of the two coupling leaf springs (40 ,50) under tensile load transmits the torque from the rotor (20,30) coupled with the relevant tensile-loaded coupling leaf spring (40,50) to the rotor shaft (10), and the connecting leaf spring (70) under tensile load transmits the torque from the each other rotor (20,30) to the rotor (20,30) coupled to the tension-loaded coupling leaf spring (40,50) and due to the tensile loads on the leaf springs (40,50) reduce their axial extent Rotor unit and the electric axial flow machine are provided with drive units that can be implemented cost-effectively with a small space requirement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotoreinheit für eine elektrische Axialflussmaschine und die elektrische Axialflussmaschine selbst.The invention relates to a rotor unit for an electrical axial flow machine and the electrical axial flow machine itself.

Der elektrische Antriebsstrang ist nach dem Stand der Technik bekannt. Dieser besteht aus Komponenten zur Energiespeicherung, Energiewandlung und Energieleitung. Zu den Komponenten der Energiewandlung gehören Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen.The electric drive train is known from the prior art. This consists of components for energy storage, energy conversion and energy transmission. Energy conversion components include radial flux machines and axial flux machines.

Radialflussmaschinen weisen jedoch oftmals lediglich einen Betriebspunkt auf, in dem sie den besten Wirkungsgrad haben. Entsprechend sind sie nicht dafür ausgelegt, in Abhängigkeit der an sie gestellten, wechselnden Anforderungen den Betriebspunkt zu verstellen und dadurch entsprechend der unterschiedlichen Anforderungen der unterschiedlichen Betriebsparametern bzw. in unterschiedlichen Betriebspunkten die höchste Effizienz zu erzielen.However, radial flux machines often only have one operating point at which they have the best efficiency. Accordingly, they are not designed to adjust the operating point as a function of the changing requirements placed on them and thereby achieve the highest efficiency in accordance with the different requirements of the different operating parameters or at different operating points.

Um diesen Nachteil zu überwinden werden oftmals den auftretenden Anforderungen hinsichtlich ihres Betriebsbereiches angepasste elektrische Rotationsmaschinen verwendet, oder der genannte Nachteil wird durch Ankopplung der elektrischen Rotationsmaschine an eine Getriebeeinheit oder Integration einer Getriebeeinheit in die elektrische Rotationsmaschine kompensiert, wie zum Beispiel bei einer elektrischen Achse.In order to overcome this disadvantage, electric rotary machines that are adapted to the requirements that arise in terms of their operating range are often used, or the disadvantage mentioned is compensated for by coupling the electric rotary machine to a gear unit or by integrating a gear unit into the electric rotary machine, such as with an electric axis.

Axialflussmaschinen sind nach dem Stand der Technik in diversen Bauweisen mit einem oder mehreren Statoren und einem oder mehreren Rotoren bekannt.Various designs with one or more stators and one or more rotors are known from the prior art.

Eine elektrische Axialflussmaschine, auch als Transversalflussmaschine bezeichnet, ist ein Motor oder Generator, bei dem der Magnetfluss zwischen einem Rotor und einem Stator parallel zur Drehachse des Rotors realisiert wird. Andere Bezeichnungen für elektrische Axialflussmaschinen sind auch bürstenloser Gleichstrommotor, permanenterregter Synchronmotor oder Scheibenläufermotor.An electrical axial flux machine, also referred to as a transverse flux machine, is a motor or generator in which the magnetic flux between a rotor and a stator is realized parallel to the axis of rotation of the rotor. Other designations for electric axial flux machines are also brushless DC motors, permanently excited synchronous motors or disc motors.

Eine solche Axialflussmaschine kann in Bauarten ausgeführt sein, welche sich durch die Anordnung von Rotor und/oder Stator unterscheiden, und unterschiedliche Besonderheiten und Vorteile bei der Anwendung, als z.B. Traktionsmaschine für ein Fahrzeug, realisieren.Such an axial flux machine can be designed in designs that differ in the arrangement of the rotor and/or stator and can have different features and advantages when used, for example as a traction machine for a vehicle.

Als spezielle Ausführungsformen von elektrischen Rotationsmaschinen sind Bei der Bestromung des Stators einer Axialflussmaschine wirken magnetische Anziehungskräfte vom Stator auf den Rotor. Um auch bei wechselnden Drehzahl-Anforderungen eine konstante Drehzahl zu gewährleisten muss also die Axialflussmaschine wechselnde Leistungen erbringen. Dies führt dazu, dass die magnetische Anziehungskraft einen schwellenden Verlauf aufweist.When the stator of an axial flux machine is energized, magnetic forces of attraction from the stator act on the rotor. In order to ensure a constant speed even with changing speed requirements, the axial flow machine must therefore provide changing performance. This causes the magnetic attraction force to have a swelling gradient.

Bei einem höheren anliegenden Drehmoment ist es erwünscht, dass der axiale Abstand zwischen Stator und Rotor bzw. der Luftspalt dazwischen gering ist, um derart die Effizienz der Axialflussmaschine in diesem Betriebszustand zu steigern.When a higher torque is applied, it is desirable for the axial distance between the stator and rotor or the air gap between them to be small in order to increase the efficiency of the axial flow machine in this operating state.

Umgekehrt ist es bei höheren Drehzahlen erwünscht, dass der axiale Abstand zwischen Stator und Rotor bzw. der Luftspalt dazwischen größer ist, um in diesem Betriebszustand die Effizienz der Axialflussmaschine zu steigern.Conversely, at higher speeds it is desirable for the axial distance between the stator and rotor or the air gap between them to be larger in order to increase the efficiency of the axial flow machine in this operating state.

Dabei ist die magnetische Anziehungskraft umso größer, je geringer der axiale Abstand bzw. der Luftspalt ist.The smaller the axial distance or the air gap, the greater the magnetic attraction force.

Da im Betrieb der Axialflussmaschine ständig eine auf den Rotor in Richtung auf den Stator wirkende magnetische Anziehungskraft wirkt, ist es notwendig, eine Federeinheit, die auch als Kompensationsfedereinheit bezeichnet werden kann, zu verwenden, die der magnetischen Anziehungskraft eine Gegenkraft entgegengesetzt. Since a magnetic force of attraction acting on the rotor in the direction of the stator is constantly acting on the rotor during operation of the axial flux machine, it is necessary to use a spring unit, which can also be referred to as a compensation spring unit, which counteracts the magnetic force of attraction.

Insbesondere bei geringen Drehmoment-Anforderungen, wie zum Beispiel in Bereichen mit hoher Drehzahl, bewirkt diese Kompensationsfedereinheit, dass der betroffene Rotor nicht zu dicht an den Stator gezogen wird. Dabei muss die von der Kompensationsfedereinheit auf den Rotor aufgebrachte Kraft stets größer sein als die maximal mögliche magnetische Anziehungskraft, um eine unzulässige Verringerung des Luftspalt zu vermeiden.This compensation spring unit ensures that the rotor in question is not pulled too close to the stator, particularly in the case of low torque requirements, such as in areas with high speeds. The force applied to the rotor by the compensation spring unit must always be greater than the maximum possible magnetic attraction force in order to avoid an impermissible reduction in the air gap.

Um jedoch Verschleiß bzw. Belastung der involvierten Bauelemente gering zu halten ist es wünschenswert, dass zwischen von der Kompensationsfedereinheit bewirkten Kraft und der magnetischen Anziehungskraft nur eine geringe Differenz besteht. Um jedoch bei höheren Drehmoment-Anforderungen eine Verringerung des axialen Abstandes zwischen Stator und Rotor bzw. des Luftspaltes zu erreichen, bedarf es also einer Verstelleinrichtung, die eine axiale Annäherung des Rotors an den Stator entsprechend der Erhöhung des Drehmoments ermöglicht.However, in order to keep wear and tear on the components involved low, it is desirable that there is only a small difference between the force caused by the compensation spring unit and the magnetic attraction force. However, in order to achieve a reduction in the axial distance between the stator and rotor or the air gap with higher torque requirements, an adjusting device is required that enables the rotor to approach the stator axially in accordance with the increase in torque.

Aus der DE 10 2020 114 857 A1 ist eine elektrische Axialflussmaschine bekannt, die einen Stator aufweist sowie zwei Rotorkörper, die axial beidseitig des Stators angeordnet sind. Des Weiteren umfasst diese elektrische Axialflussmaschine eine mit den Rotorkörper gekoppelte Verstellungseinrichtung, die wiederum eine Federeinrichtung umfasst, mit der axial auf die Rotorkörper eine Kraft aufbringbar ist, die einer zwischen Stator und Rotorkörper entgegenwirkt und größer ist als diese magnetische Anziehungskraft. Damit kann der magnetischen Anziehungskraft, die in Abhängigkeit von der jeweiligen momentanen Leistung und somit auch vom aktuell übertragenen Drehmoment der elektrischen Axialflussmaschine generiert wird, eine Gegenkraft entgegengesetzt werden. Des Weiteren umfasst diese elektrische Axialflussmaschine ein Rampensystem, welches dazu dient, die Luftspalte zwischen den Rotorkörpern und dem Stator in gewünschter Weise und in Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment einzustellen. Die Rampensysteme erweisen jedoch einen nicht unerheblichen Bauraumbedarf auf.From the DE 10 2020 114 857 A1 an electrical axial flow machine is known which has a stator and two rotor bodies which are arranged axially on both sides of the stator. Furthermore, this electrical axial flow machine includes an adjustment device coupled to the rotor body, which in turn comprises a spring device with which a force can be applied axially to the rotor body, which counteracts a force between the stator and the rotor body and is greater than this magnetic attraction force. A counterforce can thus be opposed to the magnetic attraction force, which is generated as a function of the respective instantaneous power and thus also of the torque currently being transmitted by the electrical axial flow machine. Furthermore, this electrical axial flow machine includes a ramp system, which is used to set the air gaps between the rotor bodies and the stator in the desired manner and as a function of the torque applied. However, the ramp systems require a not inconsiderable amount of space.

Aus jeder der JP 2005- 318 718 A und der JP 2007- 244 027 A sind eine Rotoreinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine die Rotoreinheit aufweisende elektrische Axialflussmaschine bekannt.From each of the JP 2005- 318 718 A and the JP 2007- 244 027 A a rotor unit according to the preamble of claim 1 and an electrical axial flow machine having the rotor unit are known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotoreinheit sowie eine damit ausgestattete elektrische Axialflussmaschine zur Verfügung zu stellen, die mit geringem Bauraumbedarf kostengünstig realisierbar sind.The invention is based on the object of making available a rotor unit and an electrical axial flow machine equipped therewith which can be implemented cost-effectively with a small installation space requirement.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Rotoreinheit für eine elektrische Axialflussmaschine gemäß Anspruch 1 sowie durch die elektrische Axialflussmaschine gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Rotoreinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Axialflussmaschine ist im Unteranspruch 10 angegeben.This object is achieved by the rotor unit for an electrical axial flux machine according to claim 1 and by the electrical axial flux machine according to claim 9. Advantageous configurations of the rotor unit are specified in subclaims 2 to 8. An advantageous embodiment of the electrical axial flow machine is specified in dependent claim 10.

Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.The features of the claims can be combined in any technically meaningful way, with the explanations from the following description and features from the figures also being able to be used for this purpose, which include supplementary configurations of the invention.

Die Begriffe „axial“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Drehachse der Rotorwelle.In the context of the present invention, the terms “axial” and “circumferential direction” always refer to the axis of rotation of the rotor shaft.

Die Erfindung betrifft eine Rotoreinheit für eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend eine Rotorwelle und auf der Rotorwelle axial beweglich angeordnet einen ersten Rotor und einen zweiten Rotor, wobei der erste Rotor mittels wenigstens einer ersten Kopplungs-Blattfeder mit der Rotorwelle mechanisch verbunden ist und der zweite Rotor mittels wenigstens einer zweiten Kopplungs-Blattfeder mit der Rotorwelle mechanisch verbunden ist. Weiterhin umfasst die Rotoreinheit wenigstens eine die beiden Rotoren miteinander mechanisch verbindendende Verbindungs-Blattfeder, so dass bei Anlage eines Drehmoments an den Rotoren in Abhängigkeit von der Relativ-Drehrichtung der Rotoren eine der beiden Kopplungs-Blattfedern unter Zugbelastung das Drehmoment von dem mit der betreffenden zugbelasteten Kopplungs-Blattfeder gekoppelten Rotor auf die Rotorwelle überträgt, und die Verbindungs-Blattfeder unter Zugbelastung das Drehmoment von dem jeweils anderen Rotor auf den mit der zugbelasteten Kopplungs-Blattfeder gekoppelten Rotor überträgt. Auf Grund der Zugbelastungen der Blattfedern verringern diese ihre axialen Erstreckungen. Die Verbindungs-Blattfeder kann dabei insbesondere zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor angeordnet sein.The invention relates to a rotor unit for an electrical axial flow machine, comprising a rotor shaft and a first rotor and a second rotor arranged so as to be axially movable on the rotor shaft, the first rotor being mechanically connected to the rotor shaft by means of at least one first coupling leaf spring and the second rotor by means of at least one first coupling leaf spring at least one second coupling leaf spring is mechanically connected to the rotor shaft. Furthermore, the rotor unit comprises at least one connecting leaf spring that mechanically connects the two rotors to one another, so that when a torque is applied to the rotors depending on the relative direction of rotation of the rotors, one of the two coupling leaf springs under tensile load releases the torque from the one that is tensilely loaded with the relevant one Coupling leaf spring coupled rotor transmits to the rotor shaft, and the connection leaf spring transmits the torque from the respective other rotor to the rotor coupled to the tension-loaded coupling leaf spring under tensile load. Due to the tensile loads on the leaf springs, they reduce their axial extensions. The connecting leaf spring can be arranged in particular between the first rotor and the second rotor.

Bei Drehbewegung entlang einer Umfangsrichtung in einer Relativ-Drehrichtung, bei der wenigstens einer der Rotoren in Bezug zum anderen Rotor gedreht wird, gerät oder geraten also nur eine Kopplungs-Blattfeder bzw. die Kopplungs-Blattfedern unter Zugbelastung, die an einem der beiden Rotoren angeordnet sind.When rotating along a circumferential direction in a relative direction of rotation, in which at least one of the rotors is rotated in relation to the other rotor, only one coupling leaf spring or the coupling leaf springs, which is arranged on one of the two rotors, comes under tensile load are.

Auf Grund der Übertragung des Drehmoments von einem der Rotoren über die Verbindungs-Blattfeder auf den Rotor, der mit der zugbelasteten Kopplungs-Blattfeder gekoppelt ist, wird ein Gesamt-Drehmoment von diesem mit der zugbelasteten Kopplungs-Blattfeder gekoppelten Rotor auf die Rotorwelle übertragen.Due to the transmission of torque from one of the rotors via the connecting leaf spring to the rotor coupled to the tensioned coupling leaf spring, a total torque is transmitted from this rotor coupled to the tensioned coupling leaf spring to the rotor shaft.

Die Verringerung der axialen Erstreckungsmaße der Blattfedern führt zu einer Verschiebung der Rotoren, so dass bei Vergrößerung des am Rotor anliegenden Drehmoments sich die Entfernung zwischen den Rotoren verringert bzw. ein Spalt zwischen den Rotoren und einem axial dazwischen befindlichen Stator verringert wird.The reduction in the axial extent of the leaf springs leads to a displacement of the rotors, so that when the torque applied to the rotor increases, the distance between the rotors decreases or a gap between the rotors and a stator located axially between them decreases.

Die erfindungsgemäße Konstruktion mit Verbindungs-Blattfeder und Kopplungs-Blattfedern ist dazu eingerichtet, eine Gegenkraft zu einer von einer Kompensationsfedereinheit auf den Rotor aufgebrachten Kraft zu realisieren.The construction according to the invention with the connecting leaf spring and coupling leaf springs is set up to implement a counterforce to a force applied to the rotor by a compensation spring unit.

Insgesamt ist die erfindungsgemäße Rotoreinheit dazu eingerichtet, bei Änderung eines anliegenden Drehmoments die axialen Abstände der Rotoren in Bezug zum Stator durch Kraftbeaufschlagung der Rotoren in axialer Richtung dem jeweiligen Drehmoment anzupassen.Overall, the rotor unit according to the invention is set up to adjust the axial distances of the rotors in relation to the stator by applying force to the rotors in the axial direction to the respective torque when an applied torque changes.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die beiden Kopplungs-Blattfedern an die Rotorwelle in einem axial zwischen den beiden Kopplungs-Blattfedern befindlichen Verbindungsbereich mechanisch angeschlossen sind.In one embodiment it is provided that the two coupling leaf springs are attached to the rotor shaft in an axial direction between the two coupling Leaf springs located connection area are mechanically connected.

Insbesondere kann zu diesem Zweck die Rotorwelle einen Flansch aufweisen, an dem axial beidseitig die beiden Kopplungs-Blattfedern angeschlossen sind.In particular, for this purpose the rotor shaft can have a flange to which the two coupling leaf springs are connected axially on both sides.

Dabei sollten die Kopplungs-Blattfedern gleiche Steigungsrichtungen aufweisen.The coupling leaf springs should have the same pitch directions.

Das bedeutet, dass zugbelastete Bereiche der Kopplungs-Blattfedern, die axial auf beiden Seiten des Verbindungsbereichs bzw. des Flansches an der Rotorwelle angeschlossen sind, wenn sie im selben Winkelbereich angeordnet sind, im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.This means that tension-loaded portions of the coupling leaf springs, which are axially connected to the rotor shaft on either side of the connection portion or flange, if they are arranged in the same angular range, are oriented substantially parallel to one another.

Da die Kopplungs-Blattfedern von unterschiedlichen axialen Richtungen von den angeschlossenen Rotoren Drehmoment auf die Rotorwelle übertragen, sind die Kopplungs-Blattfedern entsprechend dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Rotoren jeweils unter Zugbelastung das Drehmoment auf die Rotorwelle zu übertragen.Since the coupling leaf springs transmit torque from different axial directions from the connected rotors to the rotor shaft, the coupling leaf springs are accordingly set up to transmit the torque to the rotor shaft under tensile load, depending on the direction of rotation of the rotors.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Kopplungs-Blattfedern einen jeweiligen Winkelbereich überbrückend ausgebildet und angeordnet sind. Das bedeutet, dass sich eine Kopplungs-Blattfeder von einer ersten Winkelposition an einem der Rotoren zu einer von der ersten Winkelposition unterschiedlichen zweiten Winkelposition am Verbindungsbereich an der Rotorwelle erstreckt.In particular, it is provided that the coupling leaf springs are designed and arranged to bridge a respective angular range. This means that a coupling leaf spring extends from a first angular position on one of the rotors to a second angular position different from the first angular position at the connection area on the rotor shaft.

Zu diesem Zweck können die Kopplungs-Blattfedern in vorteilhafter Ausgestaltung axial beidendig gekröpft ausgeführt sein und mit ihren Endbereichen an einen jeweiligen Rotor und an den Verbindungsbereich bzw. den Flansch an der Rotorwelle angeschlossen sein.For this purpose, in an advantageous embodiment, the coupling leaf springs can be offset axially at both ends and connected with their end areas to a respective rotor and to the connection area or the flange on the rotor shaft.

Ebenso sollte auch die Verbindungs-Blattfeder eine der Steigungsrichtung der Kopplungs-Blattfedern entgegengesetzte Steigungsrichtung aufweisen. Das bedeutet, dass der zugbelastete Bereich einer jeweiligen Verbindungs-Blattfeder, die die Rotoren miteinander koppelt, wenn sie im selben Winkelbereich wie eine Kopplungs-Blattfeder angeordnet ist, im Wesentlichen winklig zu dieser Kopplungs-Blattfeder ausgerichtet ist.Likewise, the connecting leaf spring should also have a pitch direction opposite to the pitch direction of the coupling leaf springs. This means that the tension loaded portion of a respective connecting leaf spring which couples the rotors together when it is arranged in the same angular range as a coupling leaf spring is essentially oriented at an angle to that coupling leaf spring.

Entsprechend ist auch vorgesehen, dass die Verbindungs-Blattfeder einen Winkelbereich überbrückend ausgebildet und angeordnet ist. Das bedeutet, dass sich eine Verbindungs-Blattfeder von einer ersten Winkelposition an einem der Rotoren zu einer von der ersten Winkelposition unterschiedlichen zweiten Winkelposition am jeweils anderen Rotor erstreckt. Zu diesem Zweck kann die Verbindungs-Blattfeder in vorteilhafter Ausgestaltung axial beidendig gekröpft ausgeführt sein und mit ihren Endbereichen an einen jeweiligen Rotor angeschlossen sein.Accordingly, it is also provided that the connecting leaf spring is designed and arranged to bridge an angular range. This means that a connecting leaf spring extends from a first angular position on one of the rotors to a second angular position, different from the first angular position, on the other rotor. For this purpose, in an advantageous embodiment, the connecting leaf spring can be offset axially at both ends and connected with its end regions to a respective rotor.

In weiterer vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Rotoren einen Rotorträger und ein relativ zum Rotorträger in einem definierten Winkel verdrehbares Übertragungselement aufweist, die zusammen in einer Relativ-Drehrichtung eine Mitnahmeeinrichtung ausbilden und in der entgegengesetzten Relativ-Drehrichtung über den definierten Winkel einen Freilauf ausbilden.In a further advantageous embodiment, it is provided that at least one of the rotors has a rotor carrier and a transmission element that can be rotated at a defined angle relative to the rotor carrier, which together form a driver device in one relative direction of rotation and a freewheel in the opposite relative direction of rotation over the defined angle form.

Ein derartiger Rotorträger kann auch als Rotorkörper bezeichnet werden. Das Übertragungselement ist in einer Ausführungsform als eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Scheibe ausgeführt, welche axial neben dem Rotorträger angeordnet ist.Such a rotor carrier can also be referred to as a rotor body. In one embodiment, the transmission element is designed as a substantially rotationally symmetrical disk, which is arranged axially next to the rotor carrier.

Insbesondere kann der Rotorträger eine sich in axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung erstreckende Aussparung aufweisen, wobei am Übertragungselement zur Befestigung einer Kopplungs-Blattfeder ein Nietkopf angeordnet ist, der bei Ausführung einer ersten Relativ-Drehrichtung über den definierten Winkel zur Anlage an einer die Aussparung in Umfangsrichtung begrenzenden Wandung zur Anlage bringbar ist und derart eine Mitnahme des Übertragungselements in der Drehbewegung des Rotorträgers bewirkt.In particular, the rotor carrier can have a recess extending in the axial direction and in the circumferential direction, with a rivet head being arranged on the transmission element for fastening a coupling leaf spring, which when a first relative direction of rotation is carried out over the defined angle to bear against one of the recesses in the circumferential direction limiting wall can be brought into contact and in this way causes the transmission element to be carried along in the rotational movement of the rotor carrier.

Entsprechend realisieren die Aussparung und der Nietkopf bei Ausführung einer entgegengesetzten Relativ-Drehbewegung zwischen Rotorträger und Übertragungselement über den definierten Winkel einen Freilauf.Correspondingly, the recess and the rivet head realize a freewheel when performing an opposite relative rotary movement between the rotor carrier and the transmission element over the defined angle.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass beide Rotoren bzw. deren Rotorträger derartige Aussparungen aufweisen. In einem im Wesentlichen nicht belasteten Zustand der Rotoreinheit, wenn deren Rotoren nicht Drehmoment-bedingt aneinander angenähert sind, sind die Rotorträger durch die wirkenden Kräfte der Blattfedern in entgegengesetzten Umfangsrichtungen ausgerichtet bzw. vorgespannt. Das bedeutet, dass am ersten Rotor ein Nietkopf an einer die erste Aussparung in einer ersten Umfangsrichtung begrenzenden ersten Wandung anliegt, und am zweiten Rotor ein Nietkopf an einer die zweite Aussparung in einer zweiten, der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzten Umfangsrichtung begrenzenden zweiten Wandung anliegt.In an advantageous embodiment it is provided that both rotors or their rotor carriers have such recesses. In an essentially unloaded state of the rotor unit, when its rotors are not brought closer together due to the torque, the rotor carriers are aligned or prestressed in opposite circumferential directions by the forces acting on the leaf springs. This means that on the first rotor a rivet head rests against a first wall delimiting the first recess in a first circumferential direction, and on the second rotor a rivet head rests against a second wall delimiting the second recess in a second circumferential direction opposite to the first circumferential direction.

Die Mitnahmeeinrichtung ermöglicht die formschlüssige Übertragung von Drehmoment vom Rotorträger auf das Übertragungselement und vom Übertragungselement über die Kopplungs-Blattfeder auf die Rotorwelle.The entrainment device allows the positive transmission of torque from Rotor carrier to the transmission element and from the transmission element via the coupling leaf spring to the rotor shaft.

Der Freilauf ermöglicht die Übertragung von Drehmoment über die die beiden Rotoren miteinander mechanisch verbindendende Verbindungs-Blattfeder, ohne dabei die Kopplungs-Blattfedern, die den Rotor mit der Rotorwelle verbinden, dessen Drehmoment von der Verbindungs-Blattfeder auf den anderen Rotor übertragen wird, auf Druck und/ oder Knickung belasten zu müssen.Freewheeling allows torque to be transmitted through the connecting leaf spring mechanically connecting the two rotors to each other without compressing the coupling leaf springs connecting the rotor to the rotor shaft, the torque of which is transmitted from the connecting leaf spring to the other rotor and/or buckling.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend einen Stator und eine erfindungsgemäße Rotoreinheit, wobei die beiden Rotoren der Rotoreinheit axial beidseitig des Stators angeordnet sind.A further aspect of the present invention is an electrical axial flow machine, comprising a stator and a rotor unit according to the invention, the two rotors of the rotor unit being arranged axially on both sides of the stator.

Dabei kann ein jeweiliger Rotor wenigstens eine Kompensationsfedereinheit aufweisen, die in axialer Richtung eine Kraft den jeweiligen Rotor aufbringt, die größer ist als eine maximale magnetische Anziehungskraft, die zwischen dem Stator und dem betreffenden Rotor wirken kann.A respective rotor can have at least one compensation spring unit, which applies a force to the respective rotor in the axial direction that is greater than a maximum magnetic attraction force that can act between the stator and the rotor in question.

Die maximale elektromagnetische Anziehungskraft zwischen dem Stator und den Rotoren wird durch die Nennleistung der elektrischen Axialflussmaschine definiert.The maximum electromagnetic force of attraction between the stator and the rotors is defined by the nominal power of the electric axial flux machine.

Die Kompensationsfedereinheit umfasst Kompensations-Blattfedern, die sich einerseits an der Rotorwelle abstützen, und andererseits mit dem betreffenden Rotor mechanisch gekoppelt sind.The compensation spring unit comprises compensation leaf springs, which are supported on the rotor shaft on the one hand and are mechanically coupled to the relevant rotor on the other hand.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich diese Kompensations-Blattfedern an einem auf der Rotorwelle axial fixierten Axiallager, insbesondere einem Nadellager, abstützen.In one embodiment it is provided that these compensation leaf springs are supported on an axial bearing, in particular a needle bearing, which is axially fixed on the rotor shaft.

Auch die Kompensations-Blattfedern können derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass sie bei Ausübung der Kompensationskraft zumindest anteilig auf Zug belastet werden.The compensating leaf springs can also be designed and arranged in such a way that they are at least partially subjected to tensile stress when the compensating force is exerted.

Insofern eine Relativ-Rotationsbewegung der Rotoren möglichst unterbunden bzw. minimiert werden soll, bietet es sich an, dass sich die Kompensations-Blattfedern unmittelbar an einem Absatz an der Rotorwelle abstützen, um dort unter Ausübung einer Reibkraft bzw. eines Reibmoments eine derartige Drehbewegung zu bremsen.If a relative rotational movement of the rotors is to be prevented or minimized as far as possible, it is advisable for the compensation leaf springs to be supported directly on a shoulder on the rotor shaft in order to brake such a rotational movement there by exerting a frictional force or frictional torque .

Die von der Kompensationsfedereinheit auf einen jeweiligen Rotor ausgeübte axiale Kraft muss größer sein als die maximale elektromagnetische Anziehungskraft, die vom Stator auf den betreffenden Rotor ausgeübt wird, um sicherzustellen, dass der Rotor nicht zu nahe an den Stator herangezogen wird.The axial force exerted by the compensation spring unit on a respective rotor must be greater than the maximum electromagnetic attractive force exerted by the stator on the rotor in question in order to ensure that the rotor is not pulled too close to the stator.

Sollen jedoch geringere Spalte bzw. Abstände zwischen dem Stator und den Rotoren erreicht werden, wie zum Beispiel bei Anlage eines erhöhten Drehmoments, so ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Rotoreinheit, die Rotoren dem Stator in Abhängigkeit von der Vergrößerung des Drehmoments anzunähern.However, if smaller gaps or distances between the stator and the rotors are to be achieved, such as when applying an increased torque, the design of the rotor unit according to the invention makes it possible to bring the rotors closer to the stator depending on the increase in torque.

Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in

1: eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine in Ansicht von der Seite,
2: eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine in Schnittansicht, und
3: eine erfindungsgemäße Rotoreinheit der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine in Seitenansicht.

The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way limited by the purely schematic drawings, it being noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not limited to the dimensions shown. It is shown in

1 : an axial flow machine according to the invention in a side view,
2 : an axial flow machine according to the invention in a sectional view, and
3 : a rotor unit according to the invention of the axial flow machine according to the invention in a side view.

Zunächst wird der generelle Aufbau der Axialflussmaschine 1 anhand der 1 und 2 erläutert. Die Axialflussmaschine 1 umfasst einen Stator 2 und ein Rotoreinheit 3. Die Rotoreinheit 3 umfasst eine um eine Rotationsachse 4 drehbare Rotorwelle 10, auf der axial beidseitig des Stators 2 ein erster Rotor 20 und ein zweiter Rotor 30 angeordnet sind. Ein jeweiliger Rotor 20,30 umfasst Magneten 12, die in einem Gehäuse 13 angeordnet sind. Der erste Rotor 20 weist einen ersten Rotorträger 21 auf, mit dem das Gehäuse 13 und Magneten 12 des ersten Rotors 20 auf der Rotorwelle 10 drehbar und axial verschiebbar gelagert sind. Der zweite Rotor 30 weist einen zweiten Rotorträger 31 auf, mit dem das Gehäuse 13 und Magneten 12 des zweiten Rotors 30 auf der Rotorwelle 10 drehbar und axial verschiebbar gelagert sind.First, the general structure of the axial flow machine 1 based on the 1 and 2 explained. The axial flow machine 1 comprises a stator 2 and a rotor unit 3. The rotor unit 3 comprises a rotor shaft 10 which can be rotated about an axis of rotation 4 and on which a first rotor 20 and a second rotor 30 are arranged axially on both sides of the stator 2. A respective rotor 20 , 30 includes magnets 12 which are arranged in a housing 13 . The first rotor 20 has a first rotor support 21 with which the housing 13 and magnet 12 of the first rotor 20 are rotatably and axially displaceably mounted on the rotor shaft 10 . The second rotor 30 has a second rotor support 31 with which the housing 13 and magnet 12 of the second rotor 30 are rotatably and axially displaceably mounted on the rotor shaft 10 .

Jedem der beiden Rotoren 20,30 ist jeweils eine Kompensationsfedereinheit 100 zugeordnet. Eine jeweilige Kompensationsfedereinheit 100 umfasst einen Blattfedernträger 102, der über ein Nadellager 103 an der Rotorwelle 10 axial abgestützt ist. An den Blattfedernträger 102 sind Kompensations-Blattfedern 101 mechanisch angeschlossen, die wiederum über Befestigungselemente 104 mit dem Gehäuse 13 eines jeweiligen Rotors 20,30 fest verbunden sind.A compensation spring unit 100 is assigned to each of the two rotors 20,30. Each compensation spring unit 100 includes a leaf spring support 102 which is supported axially on the rotor shaft 10 via a needle bearing 103 . Compensation leaf springs 101 are mechanically connected to the leaf spring support 102 and are in turn firmly connected to the housing 13 of a respective rotor 20, 30 via fastening elements 104.

Bei Bestromung der Axialflussmaschine 1 kommt es zu magnetischen Anziehungskräften 200 zwischen dem Stator 2 und den Rotoren 20,30. Mittels der Kompensationsfedereinheiten 100 werden Kräfte 201 auf die Rotoren 20,30 aufgebracht, die den magnetischen Anziehungskräften 200 entgegen gerichtet sind, um zu verhindern, dass ein erster Spalt 23 zwischen dem ersten Rotor 20 und dem Stator 2 sowie ein zweiter Spalt 33 zwischen dem zweiten Rotor 30 und dem Stator 2 zu gering werden.When the axial flow machine 1 is energized, magnetic forces of attraction 200 occur between the stator 2 and the rotors 20,30. By means of the compensation spring units 100 forces 201 are applied to the rotors 20,30, which are directed against the magnetic forces of attraction 200, in order to prevent a first gap 23 between the first rotor 20 and the stator 2 and a second gap 33 between the second Rotor 30 and the stator 2 are too low.

Die Kraft 201 von einer jeweiligen Kompensationsfedereinheiten 100 muss dabei immer größer sein als die jeweilige, auf den betreffenden Rotor 20,30 wirkende magnetische Anziehungskraft 200. Um nun allerdings eine gewünschte axiale Annäherung eines Rotors 20,30 an den Stator 2 zu realisieren bzw. den betreffenden Spalt 23,33 im gewünschten Maße zu verringern bedarf es einer Einrichtung, die in Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment diese Annäherung bewirken kann.The force 201 of a respective compensation spring unit 100 must always be greater than the respective magnetic attraction force 200 acting on the relevant rotor 20,30. However, in order to achieve a desired axial approach of a rotor 20,30 to the stator 2 or the To reduce the gap 23, 33 in question to the desired extent, a device is required which can bring about this approximation as a function of the torque applied.

Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Rotoreinheit 3 ausgestaltet, die in 3 ersichtlich ist.The rotor unit 3 according to the invention is designed for this purpose 3 is evident.

Es ist ersichtlich, dass die Rotorwelle 10 der Rotoreinheit 3 in der axialen Mitte einen Flansch 11 aufweist, der als Verbindungsbereich zur Kopplung der Rotorträger 21,31 und damit auch der Rotoren 20,30 an die Rotorwelle 10 dient.It can be seen that the rotor shaft 10 of the rotor unit 3 has a flange 11 in the axial center, which serves as a connection area for coupling the rotor supports 21, 31 and thus also the rotors 20, 30 to the rotor shaft 10.

Die Rotoreinheit 3 umfasst dem ersten Rotor 20 zugeordnet des Weiteren ein erstes Übertragungselement 22 und dem zweiten Rotor 30 zugeordnet ein zweites Übertragungselement 32. Diese Übertragungselemente 22,32 sind im Wesentlichen als rotationssymmetrische Scheiben ausgebildet.The rotor unit 3 also comprises a first transmission element 22 assigned to the first rotor 20 and a second transmission element 32 assigned to the second rotor 30. These transmission elements 22, 32 are essentially designed as rotationally symmetrical disks.

Das erste Übertragungselement 22 ist mittels mehrerer erster Kopplungs-Blattfedern 40 mit dem Flansch 11 der Rotorwelle 10 verbunden. Das zweite Übertragungselement 32 ist mittels mehrerer zweiter Kopplungs-Blattfedern 50 mit dem Flansch 11 der Rotorwelle 10 verbunden.The first transmission element 22 is connected to the flange 11 of the rotor shaft 10 by means of a plurality of first coupling leaf springs 40 . The second transmission element 32 is connected to the flange 11 of the rotor shaft 10 by means of a plurality of second coupling leaf springs 50 .

Die Rotorträger 21,31 der beiden Rotoren 20,30 sind untereinander unmittelbar durch mehrere Verbindungs-Blattfedern 70 aneinandergekoppelt.The rotor carrier 21,31 of the two rotors 20,30 are directly coupled to one another by a plurality of connecting leaf springs 70.

Die mechanische Verbindung der Kopplungs-Blattfedern 40,50 mit den betreffenden Übertragungselement 22,32 ist durch Niete 110 realisiert, deren Nietköpfe 111 sich in Richtung auf den jeweiligen Rotorträger 21,31 erstrecken. Die Rotorträger 21,31 weisen auf ihren dem jeweiligen Übertragungselement 22,32 zugewandten Seiten Aussparungen 26,36 auf. Diese Aussparungen 26,36 bewirken mit den Nietköpfen 111 in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Rotoren 20,30 Mitnahmeeinrichtungen 24,34 bzw. Freiläufe 25,35.The mechanical connection of the coupling leaf springs 40,50 with the relevant transmission element 22,32 is realized by rivets 110, the rivet heads 111 extending in the direction of the respective rotor carrier 21,31. The rotor carriers 21,31 have recesses 26,36 on their sides facing the respective transmission element 22,32. These recesses 26,36 effect with the rivet heads 111 depending on the direction of rotation of the rotors 20,30 entrainment devices 24,34 or freewheels 25,35.

Bei Ausführung einer Drehbewegung des ersten Rotors 20 entlang der ersten Umfangsrichtung 90 gelangt eine erste Wanderung 27 der ersten Aussparung 26 im ersten Rotorträger 21 zur Anlage am Nietkopf 111 eines Niets 110, das eine erste Kopplungs-Blattfeder 40 mit dem ersten Übertragungselement 22 mechanisch verbindet. Dadurch kann Drehmoment von dem ersten Rotorträger 21 auf das erste Übertragungselement 22 und von dort über die ersten Kopplungs-Blattfedern 40 über den Flansch 11 auf die Rotorwelle 10 übertragen werden.When the first rotor 20 rotates along the first circumferential direction 90, a first migration 27 of the first recess 26 in the first rotor carrier 21 comes to rest against the rivet head 111 of a rivet 110, which mechanically connects a first coupling leaf spring 40 to the first transmission element 22. As a result, torque can be transmitted from the first rotor carrier 21 to the first transmission element 22 and from there via the first coupling leaf springs 40 via the flange 11 to the rotor shaft 10 .

Da der zweite Rotor in derselben Richtung und mit derselben Drehzahl betrieben wird wie der erste Rotor, liegt auch am zweiten Rotorträger 31 ein Drehmoment an. Dieses wird bei Drehrichtung des zweiten Rotorträgers 31 entlang der ersten Umfangsrichtung 90 über die Verbindungs-Blattfedern 70 vom zweiten Rotorträger 31 direkt auf den ersten Rotorträger 21 übertragen. Vom ersten Rotorträger 21 erfolgt dann die Übertragung des Drehmoments auf die Rotorwelle 10 wie zuvor beschrieben.Since the second rotor is operated in the same direction and at the same speed as the first rotor, there is also a torque on the second rotor carrier 31 . In the direction of rotation of the second rotor carrier 31 , this is transmitted along the first circumferential direction 90 via the connecting leaf springs 70 from the second rotor carrier 31 directly to the first rotor carrier 21 . The torque is then transmitted from the first rotor carrier 21 to the rotor shaft 10 as previously described.

Bei Ausführung einer Drehbewegung des zweiten Rotors 30 entlang der zweiten Umfangsrichtung 91 gelangt eine zweite Wanderung 37 der zweiten Aussparung 36 im zweiten Rotorträger 31 zur Anlage am Nietkopf 111 eines Niets 110, das eine zweite Kopplungs-Blattfeder 50 mit dem zweiten Übertragungselement 32 mechanisch verbindet. Dadurch kann Drehmoment von dem zweiten Rotorträger 31 auf das zweite Übertragungselement 32 und von dort über die zweiten Kopplungs-Blattfedern 50 über den Flansch 11 auf die Rotorwelle 10 übertragen werden.When the second rotor 30 rotates in the second circumferential direction 91, a second migration 37 of the second recess 36 in the second rotor carrier 31 comes to rest against the rivet head 111 of a rivet 110, which mechanically connects a second coupling leaf spring 50 to the second transmission element 32. As a result, torque can be transmitted from the second rotor carrier 31 to the second transmission element 32 and from there via the second coupling leaf springs 50 via the flange 11 to the rotor shaft 10 .

Da der erste Rotor in derselben Richtung und mit derselben Drehzahl betrieben wird wie der zweite Rotor, liegt auch am ersten Rotorträger 21 ein Drehmoment an. Dieses wird bei Drehrichtung des ersten Rotorträgers 21 entlang der zweiten Umfangsrichtung 91 über die Verbindungs-Blattfedern 70 vom ersten Rotorträger 21 direkt auf den zweiten Rotorträger 31 übertragen. Vom zweiten Rotorträger 31 erfolgt dann die Übertragung des Drehmoments auf die Rotorwelle 10 wie zuvor beschrieben.Since the first rotor is operated in the same direction and at the same speed as the second rotor, there is also a torque on the first rotor carrier 21 . In the direction of rotation of the first rotor carrier 21 , this is transmitted along the second circumferential direction 91 via the connecting leaf springs 70 from the first rotor carrier 21 directly to the second rotor carrier 31 . The torque is then transmitted from the second rotor carrier 31 to the rotor shaft 10 as previously described.

Entsprechend werden die Kopplungs-Blattfedern 40, 50 mit einer Zugspannung 60 belastet. Ebenfalls werden die Verbindungs-Blattfedern 70 auch mit Zugspannung 80 belastet.Correspondingly, the coupling leaf springs 40, 50 are loaded with a tensile stress 60. Likewise, the connecting leaf springs 70 are also loaded with tensile stress 80 .

Die Kopplungs-Blattfedern 40, 50 sind dabei gekröpft ausgeführt, sodass sie an ersten Winkelpositionen 61 und an zweiten Winkelpositionen 62 angeschlossen sind, wobei diese beiden Winkelpositionen 61,62 voneinander abweichen. Dies führt zu einem Nicht-parallelen Verlauf zur Rotationsachse 4.The coupling leaf springs 40, 50 are cranked so that they are connected to first angular positions 61 and second angular positions 62, these two angular posi tion 61,62 differ from each other. This leads to a non-parallel course to the axis of rotation 4.

Dasselbe gilt für die Verbindungs-Blattfedern 70, auch diese sind an ersten Winkelpositionen 81 und zweiten Winkelpositionen 82 an die Rotorträger 21,31 angeschlossen, die voneinander unterschiedlich sind, wobei auch die Verbindungs-Blattfedern 70 gekröpft ausgeführt sind und demzufolge bezüglich der Rotationsachse 4 nicht parallel verlaufen.The same applies to the connecting leaf springs 70, these are also connected to the rotor supports 21, 31 at first angular positions 81 and second angular positions 82, which are different from one another, the connecting leaf springs 70 also being offset and therefore not offset with respect to the axis of rotation 4 run parallel.

Bei Durchführung der beschriebenen Drehbewegungen werden entsprechend die Kopplungs-Blattfedern 40,50 sowie auch die Verbindungs-Blattfedern 70 auf Zug belastet, sodass sie gleichzeitig eine axiale Annäherung der Rotorträger 21,31 und damit auch der Rotoren aneinander durch Ausführung eine jeweiligen axialen Verschiebung 93 bewirken.When the rotary movements described are carried out, the coupling leaf springs 40, 50 and also the connecting leaf springs 70 are subjected to a tensile load, so that they simultaneously bring the rotor carriers 21, 31 and thus the rotors closer together axially by performing a respective axial displacement 93 .

Die Rotorträger 21,31 wirken dabei als Führungshülsen bei der axialen Bewegung der Verschiebung 93. Da die Blattfedern sehr wenig Platz benötigen können die Rotorträger 21,31 mit einer sehr langen Führung gegenüber der Rotorwelle 10 versehen sein, die einem Verkippen der Rotorträger 21,31 und damit der Rotoren 20,30 gegenüber der Rotorwelle verhindern können.The rotor carrier 21,31 act as guide sleeves in the axial movement of the displacement 93. Since the leaf springs require very little space, the rotor carrier 21,31 can be provided with a very long guide relative to the rotor shaft 10, which prevents the rotor carrier 21,31 from tilting and thus the rotors 20,30 can prevent relative to the rotor shaft.

Zur Begrenzung des Wegs der Verschiebung 93 bzw. als Anschläge für die Rotorträger 21,31 dienen in 2 ersichtliche Sicherungsringe sowie der Flansch 11 an der Rotorwelle 10.To limit the displacement path 93 or as stops for the rotor carrier 21,31 are 2 visible circlips and the flange 11 on the rotor shaft 10.

Diese Verschiebung 93 ist umso größer, je größer das zu überwindende Drehmoment ist. Entsprechend wird von der Rotoreinheit 3 eine der Kraft 201 der Kompensationsfedereinheit 100 entgegengerichtete Gegenkraft 202 in Abhängigkeit vom zu überwindenden Drehmoment auf die Rotoren 20,30 aufgebracht, wie aus 2 ersichtlich.This shift 93 is greater, the greater the torque to be overcome. Correspondingly, a counteracting force 202 directed against the force 201 of the compensation spring unit 100 is applied to the rotors 20, 30 by the rotor unit 3 as a function of the torque to be overcome, as shown in FIG 2 apparent.

Wie beschrieben ist die Rotoreinheit 3 auch dazu eingerichtet, in beiden Umfangsrichtung 90,91 eine Drehbewegung zu realisieren, bei gleichzeitiger axialer Verschiebung der Rotorträger 21,31.As described, the rotor unit 3 is also set up to realize a rotational movement in both circumferential directions 90,91, with simultaneous axial displacement of the rotor carrier 21,31.

Dabei kann es jedoch nicht zu unerwünschten Stauchungen der Kopplungs-Blattfedern 40,50 kommen, denn aufgrund der realisierten Aussparungen 26,36 in den Rotorträgern 21,31 sind Freiläufe 25,35 ausgebildet, die eine geringe Winkeltoleranz in den Winkel-Relativpositionen der beiden Rotorträger 21,31 zulassen. Diese Freiläufe 25,35 bilden sogenannte Freiwinkel aus und sind entsprechend über einen definierten Winkelbereich begrenzt ausgeführt.However, this cannot lead to unwanted compression of the coupling leaf springs 40,50, because due to the recesses 26,36 realized in the rotor supports 21,31, freewheels 25,35 are formed which have a small angular tolerance in the angular relative positions of the two rotor supports 21:31 allow. These freewheels 25,35 form what are known as clearance angles and are correspondingly limited over a defined angular range.

Dadurch kann beispielsweise bei Realisierung einer Drehbewegung entlang der ersten Umfangsrichtung 90 der zweite Rotorträger 31 ebenfalls entlang dieser ersten Umfangsrichtung 90 gedreht werden und Drehmoment über die Verbindungs-Blattfedern 70 auf den ersten Rotorträger 21 übertragen werden, ohne dabei gleichzeitig das zweite Übertragungselement 32 anzutreiben, sodass die zweiten Kopplungs-Blattfedern 50 nicht gestaucht werden.As a result, for example, when a rotational movement is implemented along the first circumferential direction 90, the second rotor carrier 31 can also be rotated along this first circumferential direction 90 and torque can be transmitted to the first rotor carrier 21 via the connecting leaf springs 70 without driving the second transmission element 32 at the same time, so that the second coupling leaf springs 50 are not compressed.

Die erfindungsgemäße Rotoreinheit arbeitet im wesentlichen reibungsfrei und ist somit auch nahezu frei von Hysterese-Erscheinungen.The rotor unit according to the invention works essentially without friction and is therefore also almost free of hysteresis phenomena.

Mit der hier vorgeschlagenen Rotoreinheit und einer damit ausgestatteten elektrischen Axialflussmaschine werden Antriebsaggregate zur Verfügung gestellt, die mit geringem Bauraumbedarf kostengünstig realisierbar sind.With the rotor unit proposed here and an electric axial flow machine equipped with it, drive units are made available which can be implemented cost-effectively with a small installation space requirement.

BezugszeichenlisteReference List

11: Axialflussmaschineaxial flow machine
22: Statorstator
33: Rotoreinheitrotor unit
44: Rotationsachseaxis of rotation
1010: Rotorwellerotor shaft
1111: Flanschflange
1212: Magnetmagnet
1313: GehäuseHousing
2020: erster Rotorfirst rotor
2121: erster Rotorträgerfirst rotor carrier
2222: erstes Übertragungselementfirst transmission element
2323: erster Spaltfirst crack
2424: erste Mitnahmeeinrichtungfirst take away device
2525: erster Freilauffirst freewheel
2626: erste Aussparungfirst recess
2727: erste Wandungfirst wall
3030: zweiter Rotorsecond rotor
3131: zweiter Rotorträgersecond rotor carrier
3232: zweites Übertragungselementsecond transmission element
3333: zweiter Spaltsecond gap
3434: zweite Mitnahmeeinrichtungsecond take-along device
3535: zweiter Freilaufsecond freewheel
3636: zweite Aussparungsecond recess
3737: zweite Wandungsecond wall
4040: erste Kopplungs-Blattfederfirst coupling leaf spring
5050: zweite Kopplungs-Blattfedersecond coupling leaf spring
6060: Zugspannung in einer Kopplungs-BlattfederTensile stress in a coupling leaf spring
6161: erste Winkelposition des Anschlusses einer Kopplungs-Blattfederfirst angular position of the connection of a coupling leaf spring
6262: zweite Winkelposition des Anschlusses einer Kopplungs-Blattfedersecond angular position of the connection of a coupling leaf spring
7070: Verbindungs-Blattfederconnection leaf spring
8080: Zugspannung in einer Verbindungs-BlattfederTensile stress in a connecting leaf spring
8181: erste Winkelposition des Anschlusses einer Verbindungs-Blattfederfirst angular position of the connection of a connecting leaf spring
8282: zweite Winkelposition des Anschlusses einer Verbindungs-Blattfedersecond angular position of the connection of a connecting leaf spring
9090: erste Umfangsrichtungfirst circumferential direction
9191: zweite Umfangsrichtungsecond circumferential direction
9393: Verschiebungshift
9494: Sicherungsringlocking ring
100100: Kompensationsfedereinheitcompensation spring unit
101101: Kompensations-BlattfedernCompensation leaf springs
102102: Blattfedernträgerleaf spring carrier
103103: Nadellagerneedle bearing
104104: Befestigungselementfastener
110110: Nietrivet
111111: Nietkopfrivet head
200200: magnetische Anziehungskraftmagnetic attraction
201201: Kraft von KompensationsfedereinheitForce from compensation spring unit
202202: Gegenkraftcounterforce

Claims

Rotor unit (3) for an electrical axial flow machine (1), the rotor unit (3) having: a rotor shaft (10), a first rotor (20) arranged to be axially movable on the rotor shaft (10), a first rotor (20) movable axially on the rotor shaft (10). arranged second rotor (30), at least one first coupling leaf spring (40) by means of which the first rotor (20) is mechanically connected to the rotor shaft (10) and at least one second coupling leaf spring (50) by means of which the second rotor ( 30) is mechanically connected to the rotor shaft (10), characterized by at least one connecting leaf spring (70) mechanically connecting the two rotors (20,30) to one another, so that when a torque is applied to the two rotors (20,30) in Depending on the relative direction of rotation of the two rotors (20,30), one of the two coupling leaf springs (40,50) under tensile load, the torque of the rotor (20,30) coupled to the relevant tensile-loaded coupling leaf spring (40,50) on the Rotor shaft (10) transmits, and the connecting leaf spring (70) transmits the torque from the respective other rotor (20,30) to the rotor (20,30) coupled with the tension-loaded coupling leaf spring (40,50) under tensile load and due to the tensile loads on the two leaf springs (40,50), these reduce their axial extensions.

rotor unit after claim 1 , characterized in that the two coupling leaf springs (40, 50) are mechanically connected to the rotor shaft (10) in a connection area located axially between the two coupling leaf springs (40, 50).

rotor unit after claim 1 or 2 , characterized in that the coupling leaf springs (40,50) have the same pitch directions.

rotor unit after claim 3 , characterized in that the coupling leaf springs (40, 50) are designed and arranged to bridge a respective angular range.

Rotor unit according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the connecting leaf spring (70) has a pitch direction opposite to that of the coupling leaf springs (40, 50).

Rotor unit according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the connecting leaf spring (70) is designed and arranged to bridge an angular range.

Rotor unit according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that at least one of the two rotors (20,30) has a rotor carrier (21,31) and a transmission element (22,32) which can be rotated at a defined angle relative to the rotor carrier (21,31) and which together form a Form a driver device (24,34) in the relative direction of rotation and form a freewheel (25,35) in the opposite relative direction of rotation over the defined angle.

rotor unit after claim 7 , characterized in that the rotor carrier (21, 31) has a recess (26,36) extending in the axial direction and in the circumferential direction, and on the transmission element (22,32) for fastening a coupling leaf spring (40,50). Riveting head (111) is arranged, which when executing a first relative direction of rotation over the defined angle to rest against one of the recess (26,36) in Circumferentially delimiting wall (27, 37) can be brought into contact and in this way causes the transmission element (22, 32) to be carried along in the rotary movement of the rotor carrier (21, 31).

Electrical axial flow machine (1) having a stator (2) and a rotor unit (3) according to one of Claims 1 until 8th has, wherein the two rotors (20,30) of the rotor unit (3) are arranged axially on both sides of the stator (2).

Electric axial flow machine after claim 9 , characterized in that a respective rotor (20,30) has at least one compensation spring unit (100) which applies a force (201) to the respective rotor (20,30) in the axial direction, which is greater than a maximum magnetic attraction force ( 200), which can act between the stator (2) and the relevant rotor (20,30).