DE102007018734A1 - Electrical machine for use as e.g. rear axle, for motor vehicle, has engine rotor supported along perfect axial direction relative to adjustable squirrel cage winding and another rotor, and switching arrangement enabling current flow - Google Patents

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Abstract

The machine (1) has an engine rotor (11) rotatably supported at a perfect axial direction (7). Permanent-magnets are distributedly arranged along a circumference and exhibiting alternate polarity, where the circumference is concentric with the perfect axial direction. An engine rotor (9) is relocatably supported along the perfect axial direction relative to an adjustable squirrel cage winding and the engine rotor (11). A switching arrangement (5) enables current flow in the adjustable winding based on angle positions of the engine rotors. An independent claim is also included for a method for controlling an electrical machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend einen drehbar gelagerten Motorrotor, der um eine ausgezeichnete Achsrichtung drehbar ist und eine wechselnde Polarität aufweisende, entlang eines Kreisumfangs verteilt angeordnete Permanent-Magnete umfasst, wobei der Kreisumfang konzentrisch mit der ausgezeichneten Achsrichtung ist, welche eine Drehachse des Motorrotors ist, einen Stator mit mindestens einer mittels einer Schaltungsanordnung schaltbaren Kurzschlusswicklung und die Schaltungsanordnung. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer solchen elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine.The The invention relates to an electric machine comprising a rotatable mounted motor rotor, which rotates about an excellent axial direction is and having a changing polarity, along comprises permanent magnets distributed around a circumference, the circumference concentric with the excellent axial direction is, which is a rotation axis of the motor rotor, a stator with at least one switchable by means of a circuit arrangement short-circuit winding and the circuit arrangement. The invention further relates to a use Such an electrical machine and a method of operation an electric machine.

Aus dem Stand der Technik sind viele elektrische Maschinen bekannt, die zum Antreiben von rotierenden Achsen, beispielsweise Kraftfahrzeugachsen, eingesetzt werden. Im Zuge von Überlegungen, wie eine Einsparung fossiler Energieträger möglich ist, wird vermehrt über Hybridantriebssysteme nachgedacht, bei denen eine Verbrennungsmaschine mit einer elektrischen Maschine gekoppelt wird. Die elektrische Maschine kann hierbei einerseits als Antrieb, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, verwendet werden und andererseits als Generator eingesetzt werden, um kinetische Energie des Fahrzeugs bei einem Verzögerungsvorgang in elektrische Energie zu wandeln, die dann in einem Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, gespeichert werden kann. Ein solcher Vorgang wird bei einem Kraftfahrzeug als Rekuperation bezeichnet.Out Many electrical machines are known in the prior art for driving rotating axles, for example motor vehicle axles, be used. In the course of considerations, how a saving fossil energy source is possible, is increasingly over Hybrid propulsion systems thought, in which an internal combustion engine is coupled with an electric machine. The electric Machine can on the one hand as a drive, for example a motor vehicle, used and on the other hand as a generator be used to kinetic energy of the vehicle during a deceleration process into electrical energy, which is then stored in an energy store, For example, a battery can be stored. Such a Operation is referred to in a motor vehicle as recuperation.

Es gibt viele verschiedene Konzepte, eine elektrische Maschine mit einer Verbrennungsmaschine zu koppeln. Bei einem so genannten Einwellen-Parallel-Hybridantrieb ist eine Verbrennungsmaschine über eine Trennkupplung mit der elektrischen Maschine mechanisch verbunden. Diese ist wiederum über ein Getriebe mit der Abtriebsachse des Antriebsstrangs verbunden. Die elektrische Maschine kann sowohl zum Bereitstellen von Drehmoment zusätzlich zu dem von der Verbrennungsmaschine bereitgestellten Drehmoment (geschlossene Trennkupplung), zum ausschließlichen Bereitstellen von Antriebsmoment für die Abtriebsachse (geöffnete Trennkupplung) oder als Generator, sowohl angetrieben durch die Verbrennungsmaschine während des Fahrens als auch bei einem Rekuperationsvorgang bei geöffneter Trennkupplung, eingesetzt werden. Zusätzlich kann die elektrische Maschine verwendet werden, um eine Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine bei einem Startvorgang der Verbrennungsmaschine zu beschleunigen.It There are many different concepts, an electric machine to couple to an internal combustion engine. In a so-called single-shaft parallel hybrid drive is an internal combustion engine via a separating clutch with mechanically connected to the electrical machine. This is again about a transmission connected to the output shaft of the drive train. The electric machine can both provide torque in addition to that provided by the internal combustion engine Torque (closed disconnect clutch), to exclusive Providing drive torque for the output shaft (open disconnect clutch) or as a generator, both driven by the internal combustion engine while driving as also during a recuperation process with the disconnect clutch open, be used. In addition, the electric machine used to attach a crankshaft to the internal combustion engine to accelerate a starting process of the internal combustion engine.

Bei einem seriellen Hybridantriebssystem ist die Verbrennungsmaschine mit einem Generator gekoppelt, der die von der Verbrennungsmaschine bereitgestellte kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt. Diese wird von einer weiteren elektrischen Maschine, die als Antriebsmotor verwendet wird, in kinetische Energie zurückgewandelt, die eine Abtriebswelle antreibt.at a serial hybrid propulsion system is the internal combustion engine Coupled with a generator, that of the combustion engine provided kinetic energy converts into electrical energy. This is powered by another electric machine, which acts as a drive motor used, converted back to kinetic energy, which drives an output shaft.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl weiterer Hybridkonzepte bekannt.Out The prior art is a variety of other hybrid concepts known.

Beispielsweise ist ein Antriebskonzept der Volkswagen AG bekannt, bei dem die elektrische Maschine und das Getriebe eines Einwellen-Parallel-Hybridantriebs durch einen so genannten Magnetisch-Elektrischen Getriebe-Automaten (MEGA) ersetzt sind. Das Prinzip einer solchen Generator-Elektromotor-Kombination ist beispielsweise aus der DE 44 08 719 C1 bekannt, die als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler oder elektromagnetisches Getriebe mit großer Spreizung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantriebsstruktur verwendbar ist. Zur Realisierung einer derartigen Elektromaschine wird dort vorgeschlagen, auf einer mit einer Brennkraftmaschine verbundenen Eingangswelle einen hohlzylindrischen Generatorrotor zu befestigen und auf einer Ausgangswelle einen hohlzylindrischen Elektro-Motorrotor anzubringen, wobei beide Rotoren auf ihrer Innenseite am Umfang verteilte Permanent-Magnete mit wechselnder Polarität aufweisen. Zudem ist ein Stator mit wenigstens einer schaltbaren Kurzschlusswicklung vorgesehen, bei dem die Kurzschlusswicklung mittels einer Führungs- und Verschiebungsvorrichtung unter den Permanent-Magneten der Rotoren in weiten Bereichen verschiebbar angeordnet ist. Mit Hilfe von Magnetfeldsensoren zwischen den Permanent-Magneten wird die Polarität sich gegenüberliegender Permanent-Magnete ermittelt und in Abhängigkeit von Sensorsignalen die Kurzschlusswicklung geschlossen oder geöffnet. Auf diese Weise lässt sich die Drehrichtung der Ausgangswelle einstellen, während die Positionierung der Kurzschlusswicklung unter den Permanent-Magneten des Motor- und Generatorrotors die Drehzahl und das Abtriebsmoment der Ausgangswelle festlegt.For example, a drive concept of Volkswagen AG is known in which the electric machine and the transmission of a single-shaft parallel hybrid drive are replaced by a so-called Magneto-Electric Gearboxes (MEGA). The principle of such a generator-electric motor combination is for example from the DE 44 08 719 C1 known, which is useful as an electromagnetic torque converter or electromagnetic transmission with large spread, for example, in a motor vehicle with hybrid drive structure. For the realization of such an electric machine there is proposed to fix on a connected to an internal combustion engine input shaft a hollow cylindrical generator rotor and to install on a output shaft a hollow cylindrical electric motor rotor, both rotors having on its inner side circumferentially distributed permanent magnets with alternating polarity. In addition, a stator with at least one switchable short-circuit winding is provided, in which the short-circuit winding is displaceably arranged by means of a guiding and displacement device under the permanent magnets of the rotors within wide ranges. With the help of magnetic field sensors between the permanent magnets, the polarity of opposing permanent magnets is determined and the short-circuit winding is closed or opened as a function of sensor signals. In this way, the direction of rotation of the output shaft can be adjusted, while the positioning of the short-circuit winding under the permanent magnet of the motor and generator rotor determines the speed and the output torque of the output shaft.

Die in der DE 44 08719 C1 vorgeschlagene Ausgestaltung weist jeweils glockenförmig ausgebildete Generator- und Elektromotorrotoren auf, die einen innen liegenden und entlang der koaxial ausgerichteten Drehrichtungen der Rotoren verschieblich beweglichen Stator umschließen. Um die beim Betrieb im Stator auftretenden Wärmeverluste abzuführen, ist es notwendig, den Stator mit einer aktiven Kühlung zu versehen.The in the DE 44 08719 C1 proposed embodiment has in each case bell-shaped generator and electric motor rotors which enclose an inner and displaceable along the coaxially oriented directions of rotation of the rotors stator. In order to dissipate the heat losses occurring during operation in the stator, it is necessary to provide the stator with an active cooling.

Eine mögliche Ausgestaltung eines solchen Stators ist in der DE 100 10 028 A1 beschrieben. Dort ist ein Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines elektrischen Getriebes, beschrieben, der vollständig aus mehreren übereinander geschichteten und miteinander verbundenen Blechlagen besteht. Die einzelnen Bleche sind derart geformt, dass sie Nuten zum Aufnehmen mindestens einer Statorwicklung und vorzugsweise auch Wasserkanalöffnungen sowie Öffnungen für die Lagerung und Momentabstützung sowie gegebenenfalls axiale Verschiebung des Stators aufweisen.One possible embodiment of such a stator is in the DE 100 10 028 A1 described. There is a stator of an electric machine, in particular an electrical transmission, described, which is completely made of several stories one above the other th and interconnected metal layers consists. The individual sheets are shaped such that they have grooves for receiving at least one stator winding and preferably also water channel openings and openings for the storage and moment support and optionally axial displacement of the stator.

Aus Gewichtsgründen, insbesondere einer Dicke des magnetischen Rückschlusses in den Rotoren, wird eine möglichst hohe Polzahl angestrebt. Daher ist der Aufbau eines Stators für eine bekannte Generator-Motor-Kombination kompliziert und aufwendig. Ferner besteht bei den bekannten Statoren regelmäßig die Gefahr, dass sich aufgrund einer thermischen Erwärmung im Stator Ausdehnungen ergeben, die einen Spalt zu einem im Innern ausgeführten Kühlmantel ergeben. In einem solchen Fall wird eine Wärmeleitung unterbrochen und es besteht die Gefahr einer Überhitzung und Beschädigung der Wicklungen des Stators. Daher müssen bei Konstruktion und Fertigung besondere Qualitätsstandards erreicht werden, die eine Fertigung der Statoren und insgesamt der Generator-Motor-Kombination verteuern.Out Weight reasons, in particular a thickness of the magnetic Conclusion in the rotors, one is possible high number of poles sought. Therefore, the structure of a stator for a known generator-motor combination complicated and expensive. Furthermore, there is regular in the known stators the danger that is due to thermal heating in the stator expansions that give a crack to an inside executed cooling jacket. In such a Case, a heat conduction is interrupted and it exists the risk of overheating and damage the windings of the stator. Therefore, in construction and Manufacturing special quality standards are achieved the one manufacture of the stators and a total of the generator-motor combination expensive.

Eine bevorzugte Beschaltung der Kurzschlusswicklung ist in der DE 102 37 451 A1 beschrieben. Dort ist ein Verfahren zum Schalten von Strömen in einer Statorwicklung einer Generator-Elektromotor-Kombination beschrieben, wobei die Statorwicklung mindestens eine Wicklung aufweist, die durch mindestens eine Einrichtung kurzschließbar oder hochohmig schaltbar ist, wobei die mindestens eine Wicklung mit einem Kondensator verbunden ist, mittels dessen Spannungsspitzen aufgrund von Schaltvorgängen reduzierbar sind und in der Statorwicklung eingespeicherte Energie zwischenspeicherbar ist, wobei zwischen der Wicklung und dem Kondensator mindestens ein schaltbares Entkopplungselement angeordnet ist, wobei über das Entkopplungselement die zwischenzuspeichernde Energie aufgrund der Abschaltung der Einrichtung in einem Nicht-Arbeitstakt als Ladestrom auf den Kondensator ableitbar ist und die zwischengespeicherte Energie als Arbeitsstrom im Arbeitstakt in die Statorwicklung rückspeisbar ist, wobei das Entkopplungselement zeitlich bei der Rückspeisung derart angesteuert wird, dass die Kondensatorspannung nicht unter einen festgelegten Spannungswert sinkt.A preferred circuit of the short-circuit winding is in the DE 102 37 451 A1 described. There, a method for switching currents in a stator winding of a generator-electric motor combination is described, wherein the stator winding has at least one winding which is short-circuited or high impedance switchable by at least one device, wherein the at least one winding is connected to a capacitor by means of whose voltage peaks are reducible due to switching operations and energy stored in the stator winding is temporarily stored, wherein between the winding and the capacitor at least one switchable decoupling element is arranged, said about the decoupling the zwischenzuspeichernde energy due to the shutdown of the device in a non-power cycle as a charging current the capacitor is dissipated and the cached energy can be fed back as a working current in the working cycle in the stator winding, wherein the decoupling element is controlled in time during the recovery in such a way that the K capacitor voltage does not drop below a specified voltage level.

Koppelt man den Kondensator über eine Leistungselektronik und/oder eine DC/DC-Wandler, so kann der Generator-Motor-Kombination Energie entzogen und in einer Batterie Energie gespeichert werden oder der Generator-Motor-Kombination Energie aus der Batterie zugeführt werden, um beispielsweise über den Motorrotor die Abtriebswelle elektrisch anzutreiben.coupled one the capacitor via a power electronics and / or a DC / DC converter, the generator-motor combination can deprive energy and be stored in a battery of energy or the generator-motor combination Energy from the battery can be supplied to, for example, over To drive the motor rotor, the output shaft electrically.

Das bekannte MEGA-Antriebskonzept bietet zwar eine Reihe von Vorteilen, eine solche Generator-Elektromotor-Kombination lässt sich jedoch nur bei bestimmten Hybridantriebskonzepten einsetzen.The Although the familiar MEGA drive concept offers a number of advantages, Such a generator-electric motor combination can be but only for certain hybrid propulsion concepts use.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Maschine für ein Antriebssystem, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, mit dem eine Gewichtsersparnis und konstruktive Vereinfachung eines Antriebsstrangs realisiert werden kann. Insbesondere wird eine Verbesserung für Antriebssysteme angestrebt, bei denen vorzugsweise koaxial angeordnete Wellen mit unterschiedlichen Drehmomenten oder Drehzahlen angetrieben werden sollen.task The invention is therefore an electric machine for to provide a drive system, in particular a motor vehicle, with a weight saving and constructive simplification of a Powertrain can be realized. In particular, an improvement sought for propulsion systems, in which preferably Coaxially arranged shafts with different torques or Speeds should be driven.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 sowie ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Object is achieved by an electrical Machine with the features of claim 1, a use with the features of claim 12 and a method for Controlling an electrical machine with the features of the claim 12 solved. Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.

Hierbei ist vorgesehen, eine eingangs genannte elektrische Maschine so weiter zu entwickeln, dass koaxial zu der ausgezeichneten Achsrichtung, die durch die Drehachse des Motorrotors festgelegt ist, ein weiterer Motorrotor drehbar gelagert ist, der entlang der ausgezeichneten Achsrichtung neben dem Motorrotor angeordnet ist, und ebenfalls eine wechselnde Polarität aufweisende, entlang eines weiteren Kreisumfangs verteilt angeordnete weitere Permanent-Magnete umfasst, wobei der weitere Kreisumfang konzentrisch mit der ausgezeichneten Achsrichtung, d. h. der Drehachse des Motorrotors, ist, und wobei der Motorrotor entlang der ausgezeichneten Achsrichtung relativ zu der mindestens einen schaltbaren Kurzschlusswicklung und dem weiteren Motorrotor verschieblich gelagert ist, und die Schaltanordnung einen Stromfluss in der mindestens einen Kurzschlusswicklung in Abhängigkeit von den Stellungen des Motorrotors und des weiteren Motorrotors ermöglichen kann. Dies bedeutet, dass eine elektrische Maschine geschaffen wird, bei der durch eine Verschiebung des Motorrotors entlang der ausgezeichneten Achsrichtung eine effektive Leiterlänge der mindestens einen Kurzschlusswicklung in dem von den Permanent-Magneten des Motorrotors erzeugten Magnetfeld variabel ist. Hierüber ist ein Moment, das die elektrische Maschine auf dem Motorrotor ausüben kann, oder eine Drehzahl des Motorrotors regelbar. Eine Änderung der effektiven Leiterlänge der mindestens einen Kurzschlusswicklung kann unabhängig von einer effektiven Leiterlänge der mindestens einen Kurzschlusswicklung in dem Magnetfeld des weiteren Motorrotors variiert werden. Hierdurch wird es möglich, auf den Motorrotor und den weiteren Motorrotor unterschiedliche Drehmomente beim Betrieb der elektrischen Maschine zu übertragen. Daher eignet sich die erfindungsgemäße elektrische Maschine als Achsantrieb und/oder Rekuperationseinheit, insbesondere einer nicht aktiv gelenkten Achse, vorzugsweise einer Hinterachse, in einem Landfahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug. Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine als Antriebseinheit einer nicht aktiv gelenkten Hinterachse eines Kraftfahrzeugs kann so ein ansonsten benötigtes Differenzial eingespart werden. Ist eine Verbrennungsmaschine im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs, d. h. benachbart zu der Vorderachse, angeordnet, so kann zusätzlich eine Kardanwelle zur Übertragung mechanischer Energie entlang einer Längsachse des Kraftfahrzeugs eingespart werden. Der Einsatz der erfindungsgemäß elektrischen Maschine eignet sich somit insbesondere in seriellen Hybridantriebskonzepten.Here, it is provided to further develop an aforementioned electric machine so that coaxially with the excellent axial direction defined by the rotation axis of the motor rotor, another motor rotor rotatably supported along the excellent axial direction adjacent to the motor rotor is also supported a further alternating polarity, distributed along a further circumference arranged distributed further permanent magnets, wherein the further circumference is concentric with the excellent axial direction, ie the axis of rotation of the motor rotor, and wherein the motor rotor along the excellent axial direction relative to the at least one switchable short-circuit winding and the further motor rotor is displaceably mounted, and the switching arrangement can enable a current flow in the at least one short-circuit winding in dependence on the positions of the motor rotor and the further motor rotor. This means that an electric machine is provided in which an effective conductor length of the at least one short-circuit winding in the magnetic field generated by the permanent magnets of the motor rotor is variable by a displacement of the motor rotor along the excellent axial direction. This is a moment that can exert the electric motor on the motor rotor, or a speed of the motor rotor adjustable. A change in the effective conductor length of the at least one short-circuit winding can be varied independently of an effective conductor length of the at least one short-circuit winding in the magnetic field of the further motor rotor. This makes it possible to transmit to the motor rotor and the other motor rotor different torques during operation of the electric machine. Therefore, the invention is elektri cal machine as final drive and / or recuperation, in particular a non-actively steered axle, preferably a rear axle, in a land vehicle, in particular a motor vehicle. When using the electric machine according to the invention as a drive unit of a non-actively steered rear axle of a motor vehicle so an otherwise needed differential can be saved. If an internal combustion engine is arranged in the front region of the motor vehicle, ie adjacent to the front axle, a propeller shaft for transmitting mechanical energy along a longitudinal axis of the motor vehicle can additionally be saved. The use of the electric machine according to the invention is thus particularly suitable in serial hybrid drive concepts.

Es ist somit vorgesehen, die elektrische Maschine mittels eines Verfahrens so zu steuern, dass durch Schaltung der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von den Winkelstellungen des Motorrotors und des weiteren Motorrotors die Drehrichtungen des Motorrotors und des weiteren Motorrotors gesteuert werden und zusätzlich ein Verhältnis einer Drehmomentübertragung auf den Motorrotor und den weiteren Motorrotor durch eine Verschiebung des Motorrotors relativ zu der mindestens einen Kurzschlusswicklung und dem weiteren Motorrotor geregelt wird.It is thus provided, the electrical machine by means of a method to be controlled so that by switching the circuit arrangement in dependence from the angular positions of the motor rotor and the further motor rotor the directions of rotation of the motor rotor and the other motor rotor be controlled and in addition a ratio a torque transmission to the motor rotor and the further motor rotor by a displacement of the motor rotor relative to the at least one short-circuit winding and the further motor rotor is regulated.

Eine verbesserte Regelbarkeit erreicht man bei einer Weiterbildung der Erfindung, bei der zusätzlich der weitere Motorrotor unabhängig von dem Motorrotor entlang der ausgezeichneten Achsrichtung relativ zu der mindestens einen schaltbaren Wicklung verschieblich gelagert ist. Dies bedeutet, dass sowohl der Motorrotor als auch der weitere Motorrotor relativ zu der mindestens einen Kurzschlusswicklung des Stators entlang der ausgezeichneten Achsrichtung verschiebbar gelagert sind. Somit können effektive Leiterlängen in der mindestens einen Kurzschlusswicklung im Magnetfeld des Motorrotors als auch des weiteren Motorrotors variabel eingestellt werden. Hierüber können die Drehzahlen bzw. die Drehmomente, die die Motorrotoren auf ihre jeweiligen Abtriebswellen übertragen, geregelt werden.A improved controllability is achieved in a further development of Invention, in addition to the further motor rotor independently from the motor rotor relative to the excellent axial direction slidably mounted to the at least one switchable winding is. This means that both the motor rotor and the other Motor rotor relative to the at least one short-circuit winding of the Stators slidably mounted along the excellent axis direction are. Thus, effective conductor lengths in the at least one short circuit winding in the magnetic field of the motor rotor as well as the other motor rotor can be variably adjusted. About here can be the speeds or torques that the motor rotors transferred to their respective output shafts, regulated become.

Gegenüber den aus dem MEGA-Konzept bekannten elektrischen Maschinen lässt sich ein Konstruktionsaufwand erheblich verringern, wenn der Stator hohlzylindrisch ausgebildet ist und der Motorrotor und/oder der weitere Motorrotor als Innenläufer ausgebildet sind. Ein als Innenläufer ausgebildeter Rotor lässt sich wesentlich einfacher lagern als ein glockenförmig ausgebildeter Rotor.Across from the known from the MEGA concept electric machines leaves To significantly reduce a design effort when the stator is formed hollow cylindrical and the motor rotor and / or the further motor rotor are designed as internal rotor. One Rotor designed as an internal rotor can be designed store much easier than a bell-shaped Rotor.

Sind sowohl der Motorrotor als auch der weitere Motorrotor als Innenläufer ausgebildet, so ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass der Stator mittels eines außen anliegenden Kühlmantels gekühlt werden kann. Kommt es zu einer Erwärmung des Stators aufgrund von Kupfer- oder Eisenverlusten in dem Stator, so dehnt sich der Stator gegen den ihn umgebenden Kühlmantel aus. Hierdurch ist sichergestellt, dass stets ein guter Wärmekontakt zwischen dem Stator und dem Kühlmantel besteht und eine zuverlässige Kühlung jederzeit gewährleistet ist. Hierdurch wird eine Ausfallsicherheit der elektrischen Maschine gesteigert.are Both the motor rotor and the other motor rotor as an internal rotor formed, so there is the additional advantage that the stator by means of an externally applied cooling jacket can be cooled. Does it come to a warming of the stator due to copper or iron losses in the stator, so The stator expands against the surrounding cooling jacket out. This ensures that always a good thermal contact exists between the stator and the cooling jacket and a reliable cooling guaranteed at all times is. As a result, a reliability of the electrical machine increased.

Vorzugsweise werden der Motorrotor, der weitere Motorrotor, der Stator und die Schaltungsanordnung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Hierdurch wird eine kompakte Bauweise erreicht. Das Gehäuse ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es in einem Motorraum oder freiliegend unter einem Unterboden eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.Preferably be the motor rotor, the other motor rotor, the stator and the Circuit arrangement arranged in a common housing. As a result, a compact design is achieved. The housing is preferably designed to be in an engine compartment or exposed under an underbody of a motor vehicle can be.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stator fest mit dem Gehäuse verbunden und der Motorrotor und der weitere Motorrotor sind jeweils relativ verschieblich zu dem Gehäuse angeordnet.at In a preferred embodiment, the stator is fixed with connected to the housing and the motor rotor and the other Motor rotor are each relatively displaceable to the housing arranged.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Motorrotor und der weitere Motorrotor identisch oder spiegelbildlich zueinander ausgebildet und weisen insbesondere eine identische Anzahl von eine wechselnde Polarität aufweisenden Permanent-Magneten gleicher Abmessung, Anordnung und Remanenzmagnetisierung auf. Hierdurch wird erreicht, dass bei identischer Überlappung mit der mindestens einen Kurzschlusswicklung identische Momente übertragen werden. Hierdurch wird eine Berechnung, die im Zuge der Steuerung auszuführen ist, vereinfacht. Beispielsweise wird nur eine Berechnungsformel oder eine Tabelle benötigt, um die für eine Stellung relativ der Längsachse wirksame Momentübertragung zu berechnen.at a particularly preferred embodiment of the invention the motor rotor and the further motor rotor are identical or mirror-image formed to each other and in particular have an identical number of alternating polarity permanent magnets same dimension, arrangement and remanent magnetization on. hereby is achieved that with identical overlap with the transmit at least one short-circuit identical moments become. This will make a calculation that will be executed in the course of the control is, simplified. For example, only a calculation formula or a table needed to get that for a position relative to the longitudinal axis effective moment transfer to calculate.

Vorzugsweise sind der Motorrotor und der weitere Motorrotor hinsichtlich der mindestens einen schaltbaren Kurzschlusswicklung verschieblich so angeordnet, dass gleichgroße Überlappungsbereiche zwischen der mindestens einen Kurzschlusswicklung den Permanent-Magneten des Motorrotors einerseits und der mindestens einen Kurzschlusswicklung den weiteren Permanent-Magneten des weiteren Motorrotors andererseits einstellbar sind. Dies bedeutet, dass gleiche effektive Leiterlängen der mindestens einen Kurzschlusswicklung in den Magnetfeldern der beiden Rotoren realisierbar sind. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine so ausgestaltet, dass alle möglichen effektiven Leiterlängen, die sich für den Motorrotor realisieren lassen, ebenfalls zeitgleich für den weiteren Motorrotor realisieren lassen. Hierdurch kann ein symmetrischer Antrieb, beispielsweise einer Hinterachse, bei Geradeausfahrt realisiert werden.Preferably are the motor rotor and the other motor rotor in terms of at least one switchable short-circuit winding arranged slidably so that equal overlap areas between the at least one short-circuit winding the permanent magnet the motor rotor on the one hand and the at least one short-circuit winding the other permanent magnet of the other motor rotor on the other are adjustable. This means that same effective conductor lengths of the at least one short-circuit winding in the magnetic fields of the two Rotors are feasible. Preferably, the electric machine designed so that all possible effective conductor lengths, the can be realized for the motor rotor, also at the same time for the other motor rotor. hereby can be a symmetrical drive, for example a rear axle, be realized when driving straight ahead.

Ferner kann eine Verschiebemechanik genutzt werden, die mit einem ersten Stellglied symmetrisch die beiden Rotoren in entgegengesetzten Richtungen entlang der ausgezeichneten Achsrichtung bewegt, um die effektiven Leiterlängen symmetrisch zu variieren. Ein zweiter Antrieb kann vorgesehen, der den Motorrotor relativ zu dem weiteren Motorrotor so entlang der ausgezeichneten Achsrichtung verschiebt, dass sich asymmetrische, d. h. ungleiche, Leiterlängen der mindestens einen Kurzschlusswicklung bezüglich der beiden Motorrotoren ergibt. Dies bedeutet, dass kleine Drehzahlunterschiede durch das zweite Stellglied realisiert werden können und das erste Stellglied eine grobe Drehzahlvorgabe für beide Motorrotoren regelt.Furthermore, a displacement mechanism ge which symmetrically moves, with a first actuator, the two rotors in opposite directions along the excellent axial direction to symmetrically vary the effective conductor lengths. A second drive may be provided which shifts the motor rotor relative to the further motor rotor along the excellent axis direction such that asymmetrical, ie unequal, conductor lengths of the at least one short circuit winding with respect to the two motor rotors results. This means that small speed differences can be realized by the second actuator and the first actuator regulates a rough speed specification for both motor rotors.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mit dem Motorrotor ein Stellglied zum Verschieben des Motorrotors entlang der ausgezeichneten Achsrichtung und mit dem weiteren Motorrotor ein weiteres Stellglied zum Verschieben des weiteren Motorrotors entlang der ausgezeichneten Achsrichtung gekoppelt ist, um unabhängig voneinander eine Drehzahl des Motorrotors und eine Drehmomentübertragung zu dem Motorrotor und eine Drehzahl des weiteren Motorrotors und eine Drehzahlübertragung zu dem weiteren Motorrotor regeln zu können. Hierüber wird eine individuelle Drehzahl- bzw. Drehmomentübertragung auf die beiden mit den Motorrotoren verbundenen Abtriebswellen möglich.at another preferred embodiment is provided that with the motor rotor, an actuator for moving the motor rotor along the excellent axis direction and with the other motor rotor another actuator for moving the other motor rotor coupled along the excellent axis direction is independent each other a speed of the motor rotor and a torque transmission to the motor rotor and a speed of the further motor rotor and a Speed transmission to the other motor rotor to regulate can. This is an individual speed or torque transmission to the two with the motor rotors connected output shafts possible.

Wird zusätzlich mit der mindestens einen Wicklung über eine Schaltanordnung mindestens ein Energiespeicher verbunden und eine weitere Regeleinrichtung bereitgestellt, so ist dies vorteilhaft, um einen elektromotorischen Antrieb des Motors und oder des weiteren Motors und eine Rekuperation von auf den Motorrotor und/oder den weiteren Motorrotor einwirkender kinetischer Energie zu ermöglichen.Becomes additionally with the at least one winding over a switching arrangement at least one energy storage connected and provided another control device, this is advantageous to an electric motor drive of the motor and or further Motors and a recuperation of the motor rotor and / or the enable further motor rotor kinetic energy acting.

Um ein verbessertes Laufverhalten des Motorrotors und des weiteren Motorrotors zu erhalten, d. h. einen pulsierenden Momentübertrag, der für geschaltete elektrische Maschinen üblich ist, zu vergleichmäßigen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Stator mehrere separat schaltbare Kurzschlusswicklungen umfasst.Around an improved running behavior of the motor rotor and further Motor rotor to obtain, d. H. a pulsating momentum transfer, the usual for switched electric machines is to even, is at a preferred Embodiment provided that the stator several separately includes switchable short-circuit windings.

Um die Stellungen des Motorrotors und des weiteren Motorrotors detektieren zu können, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass Magnetfeldsensoren zwischen den Permanent-Magneten so angeordnet sind, dass sie jeweils eine Magnetpolorientierung des anderen Motorrotors detektieren können.Around Detect the positions of the motor rotor and the other motor rotor To be able to, is in a preferred embodiment provided that magnetic field sensors between the permanent magnets are arranged so that they each have a magnetic pole orientation of the other motor rotor can detect.

Bei einer bevorzugten Verfahrensweise zum Betreiben einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass der Motorrotor und/oder der weitere Motorrotor entlang der ausgezeichneten Achsrichtung relativ zu der mindestens einen Kurzschlusswicklung verschoben werden, so dass sich eine aktive Leiterlänge für eine Wechselwirkung mit dem von den Permanent-Magneten des Motorrotors erzeugten Magnetfeld und/oder weitere aktive Leiterlänge der mindestens einen Kurzschlusswicklung für eine Wechselwirkung mit dem von den weiteren Permanent-Magneten des weiteren Motorrotors verursachten Magnetfeld verändert, und hierüber eine Drehzahl und eine Drehmomentübertragung des Motorrotors und/oder des weiteren Motorrotors gesteuert werden. Dies bedeutet eine Momentenverteilung auf die beiden Rotoren bzw. hiermit verbundenen Antriebsräder. Durch die Rotorverschiebung können beide Radantriebe sowohl als Hochdrehzahl als auch als Hochdrehmoment-Maschine betrieben werden, was zu einer Reduzierung der Eisenverluste (bzw. der ohmschen Verluste) in der elektrischen Maschine führt.at a preferred procedure for operating a novel electric machine is provided that the motor rotor and / or the other motor rotor along the excellent axis direction be moved relative to the at least one short-circuit winding, so that an active conductor length for a Interaction with that of the permanent magnets of the motor rotor generated magnetic field and / or further active conductor length the at least one short-circuit winding for an interaction with that of the other permanent magnets of the other motor rotor caused magnetic field, and over it a speed and a torque transmission of the motor rotor and / or the further motor rotor are controlled. this means a torque distribution on the two rotors or hereby connected Drive wheels. Due to the rotor displacement can both wheel drives both high speed and high torque machine be operated, resulting in a reduction of iron losses (or ohmic losses) in the electric machine.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail with reference to a drawing. Hereby shows:

1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine, bei der ein Motorrotor und ein weiterer Motorrotor jeweils unabhängig voneinander verschieblich bezüglich eines Stators und zueinander angeordnet sind. 1 a schematic representation of an electric machine, in which a motor rotor and another motor rotor are each arranged independently of each other displaceable relative to a stator and each other.

Die 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 1. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 3. Dieser ist hohlzylindrisch ausgebildet. Der Stator 3 umfasst mindestens eine mittels einer Schaltungsanordnung 5 schaltbare Kurzschlusswicklung (nicht dargestellt). Vorzugsweise umfasst der Stator 3 mehrere Kurzschlusswicklungen, die separat voneinander schaltbar sind. Die Schaltungsanordnung 5 ist räumlich benachbart zu dem Stator 3 angeordnet. Die separat voneinander ausgestalteten Kurzschlusswicklungen werden auch als Stränge bezeichnet. Eine Zylinderachse des hohlzylindrischen Stators 3 legt eine ausgezeichnete Achsrichtung 7 fest.The 1 schematically shows an electric machine 1 , The electric machine 1 includes a stator 3 , This is formed as a hollow cylinder. The stator 3 includes at least one by means of a circuit arrangement 5 switchable short-circuit winding (not shown). Preferably, the stator comprises 3 several short-circuit windings, which can be switched separately from each other. The circuit arrangement 5 is spatially adjacent to the stator 3 arranged. The separately configured short-circuit windings are also referred to as strands. A cylinder axis of the hollow cylindrical stator 3 sets an excellent axis direction 7 firmly.

Konzentrisch zu der ausgezeichneten Achsrichtung 7 sind als Innenläufer ausgebildet ein Motorrotor 9 und eine weiterer Motorrotor 11 unabhängig voneinander drehbar gelagert.Concentric to the excellent axial direction 7 are designed as an internal rotor motor rotor 9 and another motor rotor 11 independently rotatably mounted.

Der Motorrotor 9 und der weitere Motorrotor 11 weisen zylindrische Außenflächen 13, 15 auf, die einer Innenseite 17 des Stators zugewandt sind. An der Innenseite 17 wird die mindestens eine Kurzschlusswicklung in nicht dargestellten Nuten geführt. Auf den zylindrischen Außenflächen 13, 15 sind jeweils Permanent-Magnete angeordnet (nicht dargestellt). Die Permanent-Magnete sind entlang eines Kreisumfangs bzw. eines weiteren Kreisumfangs (nicht dargestellt), die konzentrisch zur ausgezeichneten Achsrichtung sind, jeweils mit abwechselnder Polarität verteilt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Permanent-Magnete des Motorrotors 9 und des weiteren Motorrotors 11 entlang der ausgezeichneten Achsrichtung 7 eine identische Ausdehnung auf. Zusätzlich besitzen die Permanent-Magnete des Motorrotors 9 und des weiteren Motorrotors 11 vorzugsweise dieselbe Remanenzmagnetisierung.The motor rotor 9 and the other motor rotor 11 have cylindrical outer surfaces 13 . 15 on, the one inside 17 facing the stator. On the inside 17 the at least one short circuit winding is guided in not shown grooves. On the cylindrical outer surfaces 13 . 15 each permanent magnets are arranged (not shown). The permanent magnets are along a circumference or a further circumference (not shown) concentric with the excellent axial direction, each distributed in alternating polarity. In a preferred embodiment, the permanent magnets of the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 along the excellent axis direction 7 an identical extent. In addition, have the permanent magnets of the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 preferably the same remanence magnetization.

Um den Motorrotor 9 und den weiteren Motorrotor 11 anzutreiben, wird mittels der Schaltungsanordnung 5 in der mindestens einen Kurzschlusswicklung geschaltet ein Stromfluss bewirkt. Die hierfür erforderliche Energie wird beispielsweise einem Energiespeicher 19, welcher beispielsweise als Batterie ausgebildet ist, entnommen und über einen Gleichspannungswandler 21 (DC/DC-Wandler) zugeführt. Die Energie kann auch von einem von einer Verbrennungsmaschine angetriebenen Generator bereitgestellt werden. Die mindestens eine Kurzschlusswicklung muss mittels der Schaltungsanordnung 5 jeweils zu geeigneten Zeitpunkten geschlossen und geöffnet werden. Das Öffnen und Schließen, d. h. das Bewirken eines Stromflusses in der mindestens einen Kurzschlusswicklung und das Unterbinden eines Stromflusses, hat jeweils in Abhängigkeit von einer Winkelstellungen des Motorrotors 9 und des weiteren Motorrotors 11 zu erfolgen. Um die Stellungen bzw. Winkellagen des Motorrotors 9 und des weiteren Motorrotors 11 bestimmen zu können, sind Sensoren vorgesehen (nicht dargestellt), die vorzugsweise als Magnetsensoren ausgebildet sind. Diese sind vorzugsweise auf dem Stator 3 angeordnet. Hierbei sind sie vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine Polarisierung der Permanent-Magneten auf den jeweiligen Rotor relativ zu der Polarisierung auf dem Stator 3 detektieren können. Um eine identische Drehrichtung des Motorrotors und des weiteren Motorrotors zu erreichen, müssen jeweils eine gleiche Polarität aufweisende Permanent-Magnete über einen Leitungsabschnitt der mindestens einen Kurzschlusswicklung verbunden sein, während durch diese ein Strom fließt. Werden Permanent-Magnete unterschiedlicher Polarität über einen Leitungsabschnitt der Kurzschlusswicklung verbunden, während durch diesen Leitungsabschnitt ein Strom fließt, so kann eine entgegengesetzte Drehrichtung des Motorrotors 9 und des weiteren Motorrotors 11 erreicht werden. Umfasst der Stator 3 mehrere separat schaltbare Kurzschlusswicklungen, so können paarweise weitere Sensoren vorgesehen sein, um die Winkelstellungen der Rotoren zu detektieren.To the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 to drive, by means of the circuit arrangement 5 connected in the at least one short-circuit winding causes a current flow. The energy required for this purpose, for example, an energy storage 19 , which is designed for example as a battery, removed and via a DC-DC converter 21 (DC / DC converter) supplied. The energy may also be provided by a generator driven by an internal combustion engine. The at least one short-circuit winding must by means of the circuit arrangement 5 be closed and opened at appropriate times. The opening and closing, that is to say the effecting of a current flow in the at least one short-circuit winding and the inhibition of a current flow, respectively depend on an angular position of the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 to be done. To the positions or angular positions of the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 To be able to determine, sensors are provided (not shown), which are preferably designed as magnetic sensors. These are preferably on the stator 3 arranged. In this case, they are preferably designed such that they have a polarization of the permanent magnets on the respective rotor relative to the polarization on the stator 3 can detect. In order to achieve an identical direction of rotation of the motor rotor and the other motor rotor, each having a same polarity permanent magnets must be connected via a line section of the at least one short-circuit winding while a current flows through them. If permanent magnets of different polarity are connected via a line section of the short-circuit winding, while a current flows through this line section, then an opposite direction of rotation of the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 be achieved. Includes the stator 3 a plurality of separately switchable short-circuit windings, so in pairs further sensors may be provided to detect the angular positions of the rotors.

Ist die elektrische Maschine 1 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug so eingebaut, dass der Motorrotor 9 mit einem rechten Hinterrad und der weitere Motorrotor 11 mit einem linken Hinterrad verbunden sind, so kann die elektrische Maschine zum Antreiben dieser Räder verwendet werden. Besitzt das Kraftfahrzeug jedoch eine kinetische Energie und soll verzögert werden, so kann diese kinetische Energie mittels der elektrischen Maschine 1 in elektrische Energie zurückgewandelt werden. Dieser Vorgang wird Rekuperation genannt. Hierbei werden der Motorrotor 9 und der weitere Motorrotor 11 als Generatoren betrieben. Die in die mindestens eine Kurzschlusswicklung induzierte Spannung führt zu einem Stromfluss in der mindestens einen Kurzschlusswicklung, wenn diese erneut zu geeigneten Zeitpunkten in Abhängigkeit von den Winkelstellungen des Motorrotors 9 und des weiteren Motorrotors 11 geschlossen und geöffnet wird. Die elektrische Energie kann über den Gleichspannungswandler 21 in den Energiespeicher 19 eingespeichert werden.Is the electric machine 1 For example, installed in a motor vehicle so that the motor rotor 9 with a right rear wheel and the further motor rotor 11 are connected to a left rear wheel, so the electric machine can be used to drive these wheels. However, if the motor vehicle has kinetic energy and is to be decelerated, this kinetic energy can be generated by means of the electric machine 1 be converted back into electrical energy. This process is called recuperation. Here are the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 operated as generators. The voltage induced in the at least one short-circuit winding leads to a current flow in the at least one short-circuit winding, if this again at suitable times as a function of the angular positions of the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 closed and opened. The electrical energy can be through the DC-DC converter 21 in the energy store 19 be stored.

Der Motorrotor 9 und der weitere Motorrotor 11 sind somit als Innenläufer des Stators 3 der elektrischen Maschine 1 ausgebildet. Der Motorrotor 9 und der weitere Motorrotor 11 sind bezüglich der ausgezeichneten Achsrichtung so gelagert, dass sie relativ zueinander und relativ zu der mindestens einen Kurzschlusswicklung des Stators axial verschieblich entlang der ausgezeichneten Achsrichtung 7 sind. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, eine effektive Leiterlänge der mindestens einen Kurzschlusswicklung in den von den Permanent-Magneten des Motorrotors 9 bzw. den weiteren Permanent-Magneten des weiteren Motorrotors 11 erzeugten Magnetfeldern zu variieren. Über eine Variation der effektiven Leiterlängen ist es möglich, die Drehzahlen des Motorrotors und des weiteren Motorrotors unabhängig voneinander bei einer vorgegebenen Schaltfrequenz einzustellen. Hierfür sind der Motorrotor 9 mit einem Stellglied 23 und der weitere Motorrotor 11 mit einem weiteren Stellglied 25 verbunden. Diese werden über eine Regeleinheit 27 angesteuert. Werden der Motorrotor 9 und der weitere Motorrotor 11 parallel zur ausgezeichneten Achsrichtung 7 von einer Mitte 29 des Stators 3 wegbewegt, so erhöht sich die Drehzahl, mit der der Motorrotor 9 und der weitere Motorrotor 11 drehen, wenn die elektrische Maschine 1 als Motor betrieben wird. Entsprechend sinkt ein übertragenes Drehmoment ab. Werden der Motorrotor 9 und der weitere Motorrotor 11 hingegen zu der Mitte 29 des Stators 3, d. h. der Mitte der mindestens einen Kurzschlusswicklung, bewegt, so nimmt die Drehzahl ab und eine Drehmomentübertragung zu.The motor rotor 9 and the other motor rotor 11 are thus as internal rotor of the stator 3 the electric machine 1 educated. The motor rotor 9 and the other motor rotor 11 are supported with respect to the excellent axial direction so as to be axially displaceable relative to each other and relative to the at least one short-circuit winding of the stator along the excellent axial direction 7 are. This creates the possibility of an effective conductor length of the at least one short-circuit winding in the of the permanent magnet of the motor rotor 9 or the further permanent magnet of the further motor rotor 11 to vary generated magnetic fields. By varying the effective conductor lengths, it is possible to independently set the rotational speeds of the motor rotor and the further motor rotor at a predetermined switching frequency. For this purpose, the motor rotor 9 with an actuator 23 and the other motor rotor 11 with another actuator 25 connected. These are over a rule unit 27 driven. Be the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 parallel to the excellent axis direction 7 from a middle 29 of the stator 3 moved away, so increases the speed at which the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 turn when the electric machine 1 is operated as a motor. Accordingly, a transmitted torque decreases. Be the motor rotor 9 and the other motor rotor 11 whereas to the middle 29 of the stator 3 , ie the center of the at least one short-circuit winding, moves, the speed decreases and a torque transmission increases.

Die elektrische Maschine 1 wird somit vorzugsweise als Antriebs- und/oder Rekuperationseinheit eingesetzt. Insbesondere wird die elektrische Maschine 1 an einer nicht aktiv gelenkten Achse, vorzugsweise einer Hinterachse, eines Landfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt. Unter einer nicht aktiv gelenkten Achse wird eine solche Achse verstanden, deren Räder ein Fahrer nicht über Lenkmittel, beispielsweise ein Steuerrad, bezüglich einer Geradeausfahrtrichtung einlenken kann. Durch die Verwendung der elektrischen Maschine als Hinterachsantriebs- und Rekuperationseinheit in einem gewöhnlichen Kraftfahrzeug, dessen Vorderachse gelenkt wird, kann eine Kardanwelle und ein Hinterachsdifferenzial eingespart werden. Die elektrische Maschine wird hierbei so betrieben, dass durch Schaltung der Schaltungsanordnung in Abhängigkeit von den Winkelstellungen des Motorrotors und des weiteren Motorrotors die Drehrichtungen des Motorrotors und des weiteren Motorrotors gesteuert werden. Mittels der Regeleinheit werden der Motorrotor und/oder der weitere Motorrotor entlang der ausgezeichneten Achsrichtung relativ zu der mindestens einen Wicklung verschoben, so dass hierüber eine Drehzahl und eine Drehmomentübertragung des Motorrotors und/oder des weiteren Motorrotors gesteuert werden. Das Verschieben entlang, d. h. parallel zu, der ausgezeichneten Achsrichtung relativ zu der mindestens einen Wicklung bewirkt, dass sich eine aktive Leiterlänge für eine Wechselwirkung mit dem von den Permanent-Magneten des Motorrotors erzeugte Magnetfeld und/oder weitere aktive Leiterlänge der mindestens einen Kurzschlusswicklung für eine Wechselwirkung mit dem von den weiteren Permanent-Magneten des weiteren Motorrotors verursachten Magnetfeld verändert. Diese Veränderung bewirkt wie oben erläutert eine Änderung der Drehzahl und der Drehmomentübertragung des jeweiligen Motorrotors. Hierdurch wird erreicht, dass die elektrische Maschine immer möglichst nahe an einem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Die elektrische Maschine kann somit sowohl eine hohe Drehmomentübertragung als auch eine hohe Drehzahl mit einem sehr guten Wirkungsgrad erreichen. Selbiges gilt, wenn die elektrische Maschine als Generator bei einer Rekuperation betrieben wird. Eine Momentverteilung auf zwei Achshälften oder Räder kann elektrisch angepasst werden.The electric machine 1 is thus preferably used as a drive and / or recuperation unit. In particular, the electric machine 1 on a not actively steered axle, preferably a rear axle, a land vehicle, in particular a motor vehicle used. Under a non-actively steered axle is understood such an axis whose wheels are not a driver via steering means, such as a steering wheel, with respect a straight-ahead direction can turn. By using the electric machine as Hinterachsantriebs- and Rekuperationseinheit in a conventional motor vehicle whose front axle is steered, a propeller shaft and a rear differential can be saved. The electric machine is in this case operated so that the directions of rotation of the motor rotor and the other motor rotor are controlled by switching the circuit arrangement in dependence on the angular positions of the motor rotor and the other motor rotor. By means of the control unit, the motor rotor and / or the further motor rotor are displaced along the excellent axial direction relative to the at least one winding, so that a speed and a torque transmission of the motor rotor and / or the further motor rotor are controlled. The displacement along, ie parallel to, the excellent axial direction relative to the at least one winding causes an active conductor length to interact with the magnetic field generated by the permanent magnets of the motor rotor and / or further active conductor length of the at least one short-circuit winding for a Interaction with the magnetic field caused by the other permanent magnet of the other motor rotor changed. As explained above, this change causes a change in the rotational speed and the torque transmission of the respective motor rotor. This ensures that the electric machine can always be operated as close as possible to an optimum efficiency. The electric machine can thus achieve both a high torque transmission and a high speed with a very good efficiency. The same applies if the electric machine is operated as a generator during recuperation. A torque distribution on two axle halves or wheels can be adjusted electrically.

Die beschriebene Ausführungsform ist lediglich exemplarisch. Andere Ausführungsformen, bei denen der Motorrotor oder der weitere Motorrotor als Außenläufer betrieben werden, sind ebenso realisierbar. Sind jedoch beide Motorrotoren als Innenläufer ausgebildet, so kann der Stator 3 mittels eines außen anliegenden Kühlmantels 31 gekühlt werden. Dieses bietet den Vorteil, dass sich bei einer aufgrund von Eisenverlusten und/oder Kupferverlusten in der mindestens einen Kurzschlusswicklung entstehenden Erwärmung des Stators 3 dieser gegen den umgebenden Kühlmantel 31 ausdehnt und somit immer eine optimale Wärmeleitung von dem Stator 3 auf den Kühlmantel 31 gewährleistet ist. Somit wird eine mögliche Überhitzung im Stator vermieden und eine hohe Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine geschaffen.The described embodiment is merely exemplary. Other embodiments in which the motor rotor or the further motor rotor are operated as external rotor are also feasible. However, if both motor rotors are designed as internal rotors, then the stator 3 by means of an externally applied cooling jacket 31 be cooled. This offers the advantage that heating of the stator occurring due to iron losses and / or copper losses in the at least one short-circuit winding 3 this against the surrounding cooling jacket 31 expands and thus always optimal heat conduction from the stator 3 on the cooling jacket 31 is guaranteed. Thus, a possible overheating in the stator is avoided and created a high reliability and reliability of the electrical machine.

11
elektrische Maschineelectrical machine
33
Statorstator
55
Schaltungsanordnungcircuitry
77
ausgezeichnete Achsrichtungexcellent axially
99
Motorrotormotor rotor
1111
weiterer MotorrotorAnother motor rotor
1313
zylindrische Außenfläche des Motorrotorscylindrical Outside surface of the motor rotor
1515
zylindrische Außenfläche des weiteren Motorrotorscylindrical Outer surface of the other motor rotor
1717
Innenseite des Statorsinside of the stator
1919
Energiespeicherenergy storage
2121
GleichspannungswandlerDC converter
2323
Stellgliedactuator
2525
weiteres Stellgliedadditional actuator
2727
Regeleinheitcontrol unit
2929
Mitte des Statorscenter of the stator
3131
Kühlmantelcooling jacket

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4408719 C1 [0006, 0007] - DE 4408719 C1 [0006, 0007]
  • - DE 10010028 A1 [0008] - DE 10010028 A1 [0008]
  • - DE 10237451 A1 [0010] - DE 10237451 A1 [0010]

Claims (14)

Elektrische Maschine (1), umfassend einen drehbar gelagerten Motorrotor (9), der um eine ausgezeichnete Achsrichtung (7) drehbar ist und eine wechselnde Polarität aufweisende, entlang eines Kreisumfangs verteilt angeordnete Permanent-Magnete umfasst, wobei der Kreisumfang konzentrisch mit der ausgezeichneten Achsrichtung ist, einen Stator (3) mit mindestens einer mittels einer Schaltungsanordnung (5) schaltbaren Kurzschlusswicklung und die Schaltungsanordnung (5), dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zu der ausgezeichneten Achsrichtung (7) ein weiterer Motorrotor (11) drehbar gelagert ist, der entlang der ausgezeichneten Achsrichtung (7) neben dem Motorrotor (9) angeordnet ist, und ebenfalls eine wechselnde Polarität aufweisende, entlang eines weiteren Kreisumfangs verteilt angeordnete weitere Permanent-Magnete umfasst, wobei der weitere Kreisumfang konzentrisch mit der ausgezeichneten Achsrichtung ist, und wobei der Motorrotor (9) entlang der ausgezeichneten Achsrichtung (7) relativ zu der mindestens einen schaltbaren Kurzschlusswicklung und dem weiteren Motorrotor (11) verschieblich gelagert ist, und die Schaltanordnung (5) einen Stromfluss in der schaltbaren Wicklung in Abhängigkeit von den Winkelstellungen des Motorrotors (9) und des weiteren Motorrotors (11) ermöglichen kann.Electric machine ( 1 ), comprising a rotatably mounted motor rotor ( 9 ), which has an excellent axial direction ( 7 ) is rotatable and comprises an alternating polarity distributed along a circumference arranged circular permanent magnets, wherein the circumference is concentric with the excellent axial direction, a stator ( 3 ) with at least one by means of a circuit arrangement ( 5 ) switchable short-circuit winding and the circuit arrangement ( 5 ), characterized in that coaxial to the excellent axial direction ( 7 ) another motor rotor ( 11 ) is rotatably mounted along the excellent axial direction ( 7 ) next to the motor rotor ( 9 ), and also having an alternating polarity distributed along a further circumference arranged arranged further permanent magnets, wherein the further circumference is concentric with the excellent axial direction, and wherein the motor rotor ( 9 ) along the excellent axis direction ( 7 ) relative to the at least one switchable short-circuit winding and the further motor rotor ( 11 ) is slidably mounted, and the switching arrangement ( 5 ) a current flow in the switchable winding in dependence on the angular positions of the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ). Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der weitere Motorrotor (11) unabhängig von dem Motorrotor (9) entlang der ausgezeichneten Achsrichtung (7) relativ zu der mindestens einen schaltbaren Wicklung verschieblich gelagert ist.Electric machine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in addition the further motor rotor ( 11 ) independent of the motor rotor ( 9 ) along the excellent axis direction ( 7 ) is slidably mounted relative to the at least one switchable winding. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) hohlzylindrisch ausgebildet ist und der Motorrotor (9) und der weitere Motorrotor (11) als Innenläufer ausgebildet sind.Electric machine ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the stator ( 3 ) is formed as a hollow cylinder and the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ) are designed as internal rotor. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Motorrotor (9), der weitere Motorrotor (11), der Stator (3) und die Schaltungsanordnung (5) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the motor rotor ( 9 ), the further motor rotor ( 11 ), the stator ( 3 ) and the circuit arrangement ( 5 ) are arranged in a common housing. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) fest mit dem Gehäuse verbunden ist und der Motorrotor (9) und der weitere Motorrotor (11) jeweils relativ verschieblich zu dem Gehäuse angeordnet sind.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 3 ) is firmly connected to the housing and the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ) are each arranged relatively displaceable relative to the housing. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (9) und der weitere Motorrotor (11) identisch oder spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind, insbesondere eine identische Anzahl von eine wechselnde Polarität aufweisenden Permanent-Magneten gleicher Abmessungen, Anordnung und Remanenzmagnetisierung aufweisen.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ) are identical or mirror images of each other, in particular an identical number of alternating polarity having permanent magnet of the same dimensions, arrangement and remanent magnetization. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (9) und der weitere Motorrotor (11) hinsichtlich der mindestens einen schaltbaren Kurzschlusswicklung verschieblich so angeordnet sind, dass gleich große Überlappungsbereiche zwischen der mindestens einen Kurzschlusswicklung und den Permanent-Magneten des Motorrotors (9) einerseits und der mindestens einen Kurzschlusswicklung und den weiteren Permanent-Magneten des weiteren Motorrotors (11) andererseits einstellbar sind.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ) are arranged displaceably in relation to the at least one switchable short-circuit winding such that overlapping areas of equal size between the at least one short-circuit winding and the permanent magnet of the motor rotor ( 9 ) on the one hand and the at least one short-circuit winding and the further permanent magnet of the further motor rotor ( 11 ) are adjustable on the other hand. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Motorrotor (9) ein Stellglied (23) zum Verschieben des Motorrotors (9) entlang der ausgezeichneten Achsrichtung (7) und mit dem weiteren Motorrotor (11) ein weiteres Stellglied (25) zum Verschieben des weiteren Motorrotors (11) entlang der ausgezeichneten Achsrichtung (7) gekoppelt sind, um unabhängig voneinander eine Drehzahl des Motorrotors (9) und ein Drehmomentübertragung zu dem Motorrotor (9) und eine Drehzahl des weiteren Motorrotor (11) und eine Drehzahlübertragung zu dem weiteren Motorrotor (11) regeln zu können.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that with the motor rotor ( 9 ) an actuator ( 23 ) for moving the motor rotor ( 9 ) along the excellent axis direction ( 7 ) and with the further motor rotor ( 11 ) another actuator ( 25 ) for moving the further motor rotor ( 11 ) along the excellent axis direction ( 7 ) are coupled to independently of each other a speed of the motor rotor ( 9 ) and a torque transmission to the motor rotor ( 9 ) and a speed of the further motor rotor ( 11 ) and a speed transmission to the further motor rotor ( 11 ) to be able to regulate. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kurzschlusswicklung über die Schaltanordnung (5) mit mindestens einem Energiespeicher (19) verbunden ist und die Schaltungsanordnung (5) betreibbar ist, um einen elektromotorischen Antrieb des Motorrotors (9) und/oder des weiteren Motorrotors (11) und eine Rekuperation von über den Motorrotor (9) und/oder den weiteren Motorrotor (11) einwirkender kinetischer Energie zu ermöglichen.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one short-circuit winding via the switching arrangement ( 5 ) with at least one energy store ( 19 ) and the circuit arrangement ( 5 ) is operable to an electric motor drive of the motor rotor ( 9 ) and / or the further motor rotor ( 11 ) and a recuperation of the motor rotor ( 9 ) and / or the further motor rotor ( 11 ) to enable acting kinetic energy. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) mehrere separat schaltbare Kurzschlusswicklungen umfasst.Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator ( 3 ) includes a plurality of separately switchable short-circuit windings. Elektrische Maschine (1) nach einem der genannten Ansprüche, gekennzeichnet durch Magnetfeldsensoren zum Detektieren der Winkelstellungen des Motorrotors (9) und des weiteren Motorrotors (11).Electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by magnetic field sensors for detecting the angular positions of the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ). Verwendung der elektrischen Maschine (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche als Achsantrieb und/oder Rekuperationseinheit, insbesondere einer nicht aktiv gelenkten Achse, vorzugsweise einer Hinterachse, in einem Landfahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug.Use of the electric machine ( 1 ) according to one of the preceding claims as a final drive and / or recuperation, in particular a non-actively steered axle, preferably a rear axle, in a land vehicle, in particular a motor vehicle. Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine (1) mit den Merkmalen des Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schaltung der Schaltanordnung (5) in Abhängigkeit von den Winkelstellungen des Motorrotors (9) und des weiteren Motorrotors (11) die Drehrichtungen des Motorrotors (9) und des weiteren Motorrotors (11) gesteuert werden.Method for controlling an electric machine ( 1 ) with the features of claim 12, characterized in that by switching the switching arrangement ( 5 ) depending on the angular positions of the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ) the directions of rotation of the motor rotor ( 9 ) and the further motor rotor ( 11 ) to be controlled. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (9) und/oder der weitere Motorrotor (11) entlang der ausgezeichneten Achsrichtung (5) relativ zu der mindestens einen Kurzschlusswicklung verschoben werden, so dass sich eine aktive Leiterlänge für eine Wechselwirkung mit dem von den Permanent-Magneten des Motorrotors (9) Magnetfeld und/oder weitere aktive Leiterlänge der mindestens einen Kurzschlusswicklung für eine Wechselwirkung mit dem von den weiteren Permanent-Magneten des weiteren Motorrotors (11) verursachten Magnetfeld verändert, und hierüber eine Drehzahl und ein Drehmomentübertragung des Motorrotors (9) und/oder des weiteren Motorrotors (11) gesteuert werden.Method according to claim 13, characterized in that the motor rotor ( 9 ) and / or the further motor rotor ( 11 ) along the excellent axis direction ( 5 ) are shifted relative to the at least one short-circuit winding, so that an active conductor length for an interaction with that of the permanent magnet of the motor rotor ( 9 ) Magnetic field and / or further active conductor length of the at least one short-circuit winding for an interaction with that of the other permanent magnets of the further motor rotor ( 11 Magnetic field changed, and this is a speed and torque transmission of the motor rotor ( 9 ) and / or the further motor rotor ( 11 ) to be controlled.
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