DE102013213847A1

DE102013213847A1 - Electric machine and arrangement of electrical machines

Info

Publication number: DE102013213847A1
Application number: DE201310213847
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-01-22
Also published as: WO2015007441A2; WO2015007441A3

Abstract

Es wird eine elektrische Maschine als Motor (M1, M2) oder Generator mit zumindest zwei Rotoren (1) und einer Statoranordnung (2) vorgeschlagen, wobei die Rotoren (1) radial zueinander versetzt angeordnet sind. Ferner wird eine Anordnung mit mehreren elektrischen Maschinen vorgeschlagen, wobei die elektrischen Maschinen als Motoren (M1, M2) mit einem Glied oder mit verschiedenen Gliedern eines nachgeschalteten Getriebes (3) direkt oder indirekt verbunden sind.An electric machine is proposed as the motor (M1, M2) or generator with at least two rotors (1) and a stator arrangement (2), wherein the rotors (1) are arranged radially offset from each other. Further, an arrangement with several electric machines is proposed, wherein the electric machines are connected as motors (M1, M2) with a member or with different members of a downstream transmission (3) directly or indirectly.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine und eine Anordnung von elektrischen Maschinen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 21 näher definierten Art. The present invention relates to an electric machine and an arrangement of electric machines according to the closer defined in the preamble of claim 1 and 21, respectively.

Aus der Fahrzeugtechnik sind verschiedene elektrische Maschinen als Motor oder Generator bekannt. Neben verschiedenen Arten von Motoren, wie zum Beispiel Drehmotoren oder Linearmotoren gibt es auch unterschiedliche Bauweisen der elektrischen Maschinen, wie zum Beispiel als Synchron-, Asynchron- oder Reluktanzmaschine. From vehicle technology, various electrical machines are known as a motor or generator. In addition to various types of motors, such as rotary motors or linear motors, there are also different designs of electrical machines, such as a synchronous, asynchronous or reluctance machine.

Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2009 028 151 A1 ist ein elektrischer Stellantrieb mit einem drehfesten Stator bekannt, indem ein Hauptrotor angeordnet ist. Der Hauptrotor entspricht dem größeren Teil der Länge des Stators, während ein kleinerer Teil der axialen Länge des Stators von einem koaxial zum Hauptrotor angeordneten Rotorabschnitt eingenommen wird. Der Hauptrotor wird für Antriebszwecke verwendet, während der gleichzeitig aktivierte Rotorabschnitt für das Lösen einer Lastmomentsperre genutzt wird. Der einzige Pol des Stators steht gleichzeitig mit dem korrespondierenden Pol von Hauptrotor und Rotorabschnitt im magnetischen Fluss. For example, from the document DE 10 2009 028 151 A1 an electric actuator with a non-rotatable stator is known by a main rotor is arranged. The main rotor corresponds to the greater part of the length of the stator, while a smaller part of the axial length of the stator is occupied by a rotor section arranged coaxially with the main rotor. The main rotor is used for drive purposes, while the simultaneously activated rotor section is used to release a load torque lock. The only pole of the stator is simultaneously with the corresponding pole of main rotor and rotor section in the magnetic flux.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Maschine vorzuschlagen, welche bei möglichst einfacher Bauform eine maximale Leistungsdichte realisiert. The present invention is based on the object to propose an electric machine, which realizes a maximum power density with the simplest possible design.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 21 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen entnehmbar sind. This object is achieved by the features of claim 1 and 21, wherein advantageous embodiments of the dependent claims, the description and the drawings are removable.

Somit wird eine elektrische Maschine als Motor oder Generator mit zumindest zwei Rotoren und einer gemeinsamen Statoranordnung vorgeschlagen, bei der die Rotoren radial zueinander versetzt angeordnet sind. Durch die Bauweise, dass mehrere Rotoren einer Statoranordnung zugeordnet sind und die Rotoren radial zueinander versetzt sind, ergibt sich ein besonders konstruktiv einfacher Aufbau und die Möglichkeit, dass das zu übertragene Antriebsmoment auf die Rotoren aufgeteilt werden kann, wodurch in vorteilhafter Weise auch Leichtbauwerkstoffe für die Übertragungselemente eingesetzt werden können. Thus, an electric machine is proposed as a motor or generator with at least two rotors and a common stator arrangement, in which the rotors are arranged radially offset from each other. Due to the design that several rotors are assigned to a stator and the rotors are radially offset from each other, there is a particularly simple construction and the possibility that the transmitted torque to be transferred to the rotors, which advantageously also lightweight materials for Transmission elements can be used.

Die radial zueinander versetzt angeordneten Rotoren können beispielsweise achsparallel bzw. achsversetzt zueinander verlaufen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Rotoren bezogen auf ihre jeweilige Rotationsachse in einem vorbestimmten Winkel zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise können durch die versetzt angeordneten Rotoren auch gewölbte Statoranordnungen eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, dass die Rotorachsen beispielsweise sternförmig nach innen oder außen ragen. The radially offset from each other rotors arranged, for example, parallel to the axis or axially offset from each other. However, it is also conceivable that the rotors are arranged with respect to their respective axis of rotation at a predetermined angle to each other. In this way, arched stator arrangements can also be used by the staggered rotors. It is also conceivable that the rotor axes protrude in a star shape inwards or outwards, for example.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine sind die magnetischen Pole jeder Spule der Statoranordnung unterschiedlichen Rotoren zugeordnet. Somit stehen die Pole einer Spule der Statoranordnung mit mehr als einem Rotor im magnetischen Fluss. In the electric machine proposed according to the invention, the magnetic poles of each coil of the stator arrangement are assigned to different rotors. Thus, the poles of a coil of the stator assembly with more than one rotor are in the magnetic flux.

Durch die Bauweise und das Zusammenschalten mehrerer Rotor-Statoranordnungen besteht der Stator aus einzelnen Spulen, die z.B. durch formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindungen zueinander oder im Gehäuse zusammensteckbar sind. Die Wicklungen der Spulen in der Statoranordnung können dadurch möglichst einfach gewickelt werden. Die Polschuhe der Spulen der Statoranordnung können entsprechend der geometrischen Symmetrie zu Gleichteilen zusammengefasst werden. Somit können die Herstellungskosten gesenkt werden. By constructing and interconnecting a plurality of rotor-stator assemblies, the stator consists of individual coils, e.g. can be plugged together by positive or non-positive connections to each other or in the housing. The windings of the coils in the stator arrangement can thereby be wound as simply as possible. The pole pieces of the coils of the stator arrangement can be combined into identical parts in accordance with the geometric symmetry. Thus, the manufacturing cost can be reduced.

Durch das Aufteilen des von der elektrischen Maschine erzeugten Drehmomentes auf mehrere Rotoren können zur Kraftübertragung Leichtbauwerkstoffe als Werkstoff für die Zahnräder oder dergleichen eingesetzt werden. Für die vorgeschlagene Ausgestaltung von Rotoren und Statoranordnung kann in vorteilhafter Weise die elektrische Ansteuerung bzw. die Leistungselektronik der vorgeschlagenen elektrischen Maschine in üblicher Weise ausgeführt werden, ohne das zusätzliche Bauteile bzw. elektrische Komponenten erforderlich wären. By dividing the torque generated by the electric machine on a plurality of rotors lightweight materials can be used as a material for the gears or the like for power transmission. For the proposed embodiment of rotors and stator assembly, the electrical control or the power electronics of the proposed electric machine can be carried out in a conventional manner in an advantageous manner, without the additional components or electrical components would be required.

Bei der vorgeschlagenen elektrischen Maschine können unterschiedliche Motorbauformen für die Statoranordnung und den Rotor, wie zum Beispiel Synchron-, Asynchron-, BLDC-Maschinen oder auch Reluktanzmaschinen oder dergleichen eingesetzt bzw. miteinander kombiniert werden, um die Vorteile der unterschiedlichen Motorvarianten zu vereinen. Das Bilden der magnetischen Felder bei den Rotoren und der Statoranordnung kann mittels Permanentmagneten, mittels Fremderregung oder auch mittels Induktion realisiert werden. Es ist auch denkbar, dass die vorgenannten Ausführungen miteinander kombiniert werden. Auf diese Weise kann die vorgeschlagene elektrische Maschine als Motor oder Generator sehr flexibel ausgeführt werden. In the proposed electric machine different motor designs for the stator assembly and the rotor, such as synchronous, asynchronous, BLDC machines or reluctance machines or the like can be used or combined with each other to combine the advantages of different engine variants. The formation of the magnetic fields in the rotors and the stator assembly can be realized by means of permanent magnets, by means of external excitation or by induction. It is also conceivable that the aforementioned embodiments are combined. In this way, the proposed electric machine can be designed as a motor or generator very flexible.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschine mit zumindest zwei vorgesehenen Rotoren können die Rotoren mit einem Glied oder mit verschiedenen Gliedern eines nachgeschalteten Getriebes oder dergleichen direkt oder indirekt verbunden werden. Auf diese Weise können die Rotoren mittels einer Getriebestufe zu einem gemeinsamen Abtrieb zusammengefasst werden. Somit stehen die Rotoren abtriebsseitig mit einer Getriebestufe in Wirkverbindung, wobei die Rotoren mit gleicher oder gegensinniger Drehrichtung auf ein gemeinsames Antriebsglied, wie zum Beispiel einem Abtriebsglied oder einem Festglied eines Getriebes, zum Beispiel eines Rädergetriebes, eines Reibradgetriebes, eines Kurbelgetriebes, eines Kurvenscheibengetriebes, eines Umlaufgetriebes, eines Planetengetriebes oder dergleichen, wirken. Es ist auch denkbar, dass die Rotoren auf zwei verschiedene Glieder des Getriebes wirken und das verbleibende Glied den Abtrieb bildet. In the electric machine proposed according to the invention with at least two rotors provided, the rotors can be connected directly or indirectly to one or more members of a downstream transmission or the like. In this way, the Rotors are combined by means of a gear stage to a common output. Thus, the rotors are on the output side with a gear stage in operative connection, wherein the rotors with the same or opposite direction of rotation on a common drive member, such as a driven member or a fixed member of a transmission, for example, a gear train, a friction gear, a crank gear, a cam gear, a Circulating gear, a planetary gear or the like, act. It is also conceivable that the rotors act on two different members of the transmission and the remaining member forms the output.

Durch das Wirken auf ein gemeinsames Antriebsglied kann eine Momentenüberlagerung der Rotoren bei gleicher Abtriebsdrehzahl erfolgen. Durch das Zusammenfassen der Rotoren wird eine Getriebeübersetzung im Sinne eines Getriebemotors realisiert. Es ist auch möglich, dass die Rotoren über unterschiedliche Übersetzungen mit dem Abtrieb verbunden sind. Durch das Wirken auf zwei unterschiedliche Glieder des Getriebes ist eine Überlagerung der Drehzahlen und Momente in Abhängigkeit des gewählten Getriebeschemas möglich, so dass sehr hohe Gesamtübersetzungen oder schnell laufende Abtriebe realisierbar sind. By acting on a common drive member, a torque superposition of the rotors can take place at the same output speed. By combining the rotors, a gear ratio is realized in the sense of a geared motor. It is also possible that the rotors are connected via different ratios to the output. By acting on two different members of the transmission, a superposition of the speeds and moments depending on the selected transmission scheme is possible, so that very high overall ratios or high-speed drives can be realized.

Die Statoranordnung der vorgeschlagenen elektrischen Maschine kann auch Polschuhe und Wicklungen der Spulen aufweisen, die nur einem Rotor zugeordnet sind. Diese bilden mindestens ein Polpaar, welche durch ein Blechpaket, zum Beispiel U-förmig oder einen hälftigen Stator herkömmlicher Bauform, einen magnetisch geschlossenen Fluss bilden. The stator assembly of the proposed electric machine may also include pole pieces and windings of the coils associated with only one rotor. These form at least one pair of poles, which form a magnetically closed flux through a laminated core, for example U-shaped or a half-stator of conventional design.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Anordnung mit mehreren der erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Maschinen gelöst, bei der die elektrischen Maschinen mit einem Glied oder mit verschiedenen Gliedern eines nachgeschalteten Getriebes direkt oder indirekt verbunden sind. The object underlying the invention is also achieved by an arrangement with several of the electric machines proposed according to the invention, in which the electric machines are connected directly or indirectly to a member or to different members of a downstream transmission.

Durch das Wirken auf ein gemeinsames Antriebsglied kann eine Momentenüberlagerung der beiden elektrischen Maschinen bzw. Motoren bei gleicher Abtriebsdrehzahl erfolgen. Durch das Zusammenfassen der Antriebe wird eine Getriebeübersetzung im Sinne eines Getriebemotors realisiert. By acting on a common drive member, a torque superposition of the two electrical machines or motors can be carried out at the same output speed. By combining the drives a gear ratio in the sense of a geared motor is realized.

Durch das Wirken auf zwei unterschiedliche Glieder eines Getriebes ist eine Überlagerung der Drehzahlen und Momente in Abhängigkeit des gewählten Getriebeschemas möglich, so dass eine sehr hohe Gesamtübersetzung entsteht. Somit wird eine Drehzahlüberlagerung durch eine Leistungsverzweigung realisiert. By acting on two different members of a transmission, a superposition of the speeds and moments depending on the selected transmission scheme is possible, so that a very high overall ratio arises. Thus, a speed superposition is realized by a power split.

Durch die Anordnung mehrerer elektrischer Maschinen als Motoranordnungen ist es möglich, ein System bzw. Netz im geometrisch regelmäßigen oder sogar unregelmäßigen Mustern zusammenzuschalten. Der Einfachheit halber ist nur die Nutzung der Gleichteilstrategie bei geometrisch symmetrischer Anordnung beschrieben. Das Anordnungsmuster der Rotoren muss dabei nicht zwangsläufig konzentrisch angeordnet sein. Weitere Getriebearten und Anordnungen zum Zusammenschalten, Gruppieren bzw. Clustern der Antriebe im Sinne der vorbeschriebenen Ausführungen sind möglich. Insbesondere Getrieberadsätze von Lepelletier oder Ravigneaux sind in Kombination mit rotationssymmetrischen Statoranordnungen möglich. Des Weiteren kann zwischen mindestens einem Motor und dem Eingriff in das Getriebe eine schaltbare Kupplung beliebiger Bauform angeordnet sein, um den Grad der Momentenüberlagerung oder der Leistungsverzweigung zu beeinflussen. By arranging a plurality of electrical machines as motor arrangements, it is possible to interconnect a system or network in geometrically regular or even irregular patterns. For the sake of simplicity, only the use of the identical part strategy in geometrically symmetrical arrangement is described. The arrangement pattern of the rotors does not necessarily have to be arranged concentrically. Other types of transmission and arrangements for interconnecting, grouping or clusters of drives in the sense of the above-described embodiments are possible. In particular gear sets of Lepelletier or Ravigneaux are possible in combination with rotationally symmetric stator arrangements. Furthermore, between at least one engine and the engagement in the transmission, a switchable clutch of any design can be arranged to influence the degree of torque superposition or power branching.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen: The present invention will be further explained with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit zwei 1-poligen Rotoren und zwei Spulen einer Statoranordnung; 1 a schematic view of a first embodiment of an electric machine according to the invention with two 1-pole rotors and two coils of a stator assembly;

2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit zwei 1-poligen Rotoren und vier Spulen der Statoranordnung; 2 a schematic view of a second embodiment of the electric machine with two 1-pole rotors and four coils of the stator assembly;

3 und 3A eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit einer 4-poligen Statoranordnung mit vier Rotoren; 3 and 3A a schematic view of a third embodiment of the electric machine with a 4-pole stator assembly with four rotors;

4 und 4A eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit drei Rotoren und einer 3-poligen Statoranordnung; 4 and 4A a schematic view of a fourth embodiment of the electric machine with three rotors and a 3-pole stator assembly;

5 und 5A eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsvariante der elektrischen Maschine als Drehstrom Maschine mit sechs Rotoren in sechseckförmiger Anordnung; 5 and 5A a schematic view of a fifth embodiment of the electric machine as a three-phase machine with six rotors in hexagonal arrangement;

6 eine schematische Ansicht einer sechsten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit fünf Rotoren in quadratischer Anordnung; 6 a schematic view of a sixth embodiment of the electric machine with five rotors in a square arrangement;

7 eine schematische Ansicht einer siebenten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit sieben Rotoren in sechseckförmiger Anordnung; 7 a schematic view of a seventh embodiment of the electric machine with seven rotors in a hexagonal arrangement;

8 eine schematische Ansicht einer achten Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit acht Rotoren in ringförmiger Anordnung; 8th a schematic view of an eighth embodiment of the electric machine with eight rotors in an annular arrangement;

9 eine schematische Ansicht einer Anordnung mit mehreren elektrischen Maschinen, die mit verschiedenen Gliedern eines nachgeschalteten Getriebes verbunden sind; 9 a schematic view of an arrangement with a plurality of electrical machines, which are connected to different members of a downstream transmission;

10 eine Anordnung mit zwei elektrischen Maschine, die mit demselben Glied des nachgeschalteten Getriebes verbunden sind; und 10 an arrangement with two electric machines, which are connected to the same member of the downstream transmission; and

11 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung der Anordnung mit zwei elektrischen Maschinen, die mit demselben Mitglied des Getriebes verbunden sind. 11 a schematic view of another embodiment of the arrangement with two electric machines, which are connected to the same member of the transmission.

In den Figuren sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine als Motor oder Generator mit mehreren Rotoren 1 und einer Statoranordnung 2 dargestellt, bei denen die Rotoren 1 radial zueinander versetzt angeordnet sind. Ferner sind in den Figuren verschiedene Ausführungsvarianten einer Anordnung von mehreren elektrischen Maschinen dargestellt, die mit einem nachgeschalteten Getriebe 3 verbunden sind. In the figures, various embodiments of an electric machine according to the invention as a motor or generator with multiple rotors 1 and a stator assembly 2 shown in which the rotors 1 are arranged offset radially to each other. Further, in the figures, various embodiments of an arrangement of a plurality of electrical machines are shown, with a downstream transmission 3 are connected.

In 1 ist eine erste Ausführungsvariante dargestellt, bei der zwei 1-polige Rotoren 1 vorgesehen sind, die einer 2-poligen Statoranordnung 2 zugeordnet sind. Das rotorseitige Polpaar wird beispielhaft durch Permanentmagneten realisiert, die einen magnetischen Nordpol N und einen magnetischen Südpol S aufweisen. Bei den Spulen 4 der Statoranordnung 2 sind die magnetischen Pole ebenfalls mit N und S gekennzeichnet. In 1 is a first embodiment shown in which two 1-pole rotors 1 are provided, that of a 2-pole stator assembly 2 assigned. The rotor-side pole pair is exemplified by permanent magnets having a magnetic north pole N and a magnetic south pole S. At the coils 4 the stator assembly 2 the magnetic poles are also marked with N and S.

In 2 ist eine zweite Ausführungsvariante der elektrischen Maschine dargestellt, bei der den zwei 1-poligen Rotoren 1 eine 4-polige Statoranordnung 2 zugeordnet ist. In 2 a second embodiment of the electric machine is shown, in which the two 1-pole rotors 1 a 4-pole stator arrangement 2 assigned.

Unabhängig von den beiden Ausführungsvarianten ist die Statoranordnung 2 ähnlich einer Schenkelpolmaschine aufgebaut, wobei die Polschuhe der Spulen 4 jedoch mit zwei unterschiedlichen Rotoren 1 im magnetischen Kontakt bzw. Fluss stehen. Die Ansteuerung der Spulen 4 kann über einen einphasigen Wechselstrom gemäß 1 und in 2 z.B. über ein zweiphasiges Drehfeld mit Wechselstrom mit 180° Phasenverschiebung erfolgen, so dass die elektrische Maschine als Asynchronmotor oder Synchronmotor betrieben werden kann. Des Weiteren sind alle bekannten Formen der BLDC-Regelung anwendbar. Optional können beide Rotoren 1 mit Drehzahlsensoren ausgestattet sein, so dass nur die Rotorlage eines Rotors 1 bei der Regelung berücksichtigt wird und der jeweils andere Rotor mitgeschleppt wird. Regardless of the two embodiments, the stator assembly 2 constructed similar to a salient pole machine, wherein the pole pieces of the coils 4 but with two different rotors 1 in the magnetic contact or flow. The control of the coils 4 can be powered by a single-phase alternating current according to 1 and in 2 eg via a two-phase rotating field with alternating current with 180 ° phase shift, so that the electric machine can be operated as an asynchronous motor or synchronous motor. Furthermore, all known forms of BLDC control are applicable. Optionally, both rotors 1 be equipped with speed sensors, so that only the rotor position of a rotor 1 is taken into account in the scheme and the other rotor is entrained.

In 3 und 3A ist eine dritte Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit vier 1-poligen Rotoren 1 vorgesehen, wobei die vier 1-poligen Rotoren 1 im Querschnitt bezogen auf ihre Rotationsachsen quadratisch oder rechteckförmig angeordnet sind. Die rechteckförmige, bevorzugt quadratische Statoranordnung 2 mit den vier Rotoren 1 zeigt vereinfacht schematisch den magnetischen Fluss bei der Statoranordnung 2 durch die Rotoren 1 der elektrischen Maschine. Die jeweilige Drehrichtung der mit einem Kreis symbolisierten Rotoren 1 ist durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet. 3A zeigt lediglich eine schematische Darstellung der elektrischen Maschine, bei der die gestrichelten Linien den magnetischen Fluss durch die jeweilige Spule 4 und den Polschuh der Statoranordnung 2 und des jeweiligen Rotors 1 bis zum nächsten Polschuh andeuten. Auf der Verbindungslinie zwischen den Rotoren 1 ist die Spulenwicklung der Statoranordnung 2 angeordnet. In vorteilhafter Weise können die Spulen der Statoranordnung 2 orthozyklisch bewickelt und so angeordnet werden, dass möglichst wenig Freiraum in der Statoranordnung 2 verbleibt, so dass eine besonders bauraumsparende Anordnung möglich ist. In 3 and 3A is a third embodiment of the electric machine with four 1-pole rotors 1 provided, the four 1-pole rotors 1 are arranged square or rectangular in cross section relative to their axes of rotation. The rectangular, preferably square stator arrangement 2 with the four rotors 1 schematically shows schematically the magnetic flux in the stator assembly 2 through the rotors 1 the electric machine. The respective direction of rotation of the rotors symbolized by a circle 1 is indicated by a corresponding arrow. 3A shows only a schematic representation of the electrical machine, in which the dashed lines the magnetic flux through the respective coil 4 and the pole piece of the stator assembly 2 and the respective rotor 1 indicate to the next pole piece. On the connecting line between the rotors 1 is the coil winding of the stator assembly 2 arranged. Advantageously, the coils of the stator assembly 2 orthocyclically wrapped and arranged so that the least possible space in the stator assembly 2 remains, so that a particularly space-saving arrangement is possible.

Bei der in 3 und 3A dargestellten Ausführungsvariante ist die Statoranordnung 2 derart angeordnet, dass jedem der vier 1-poligen Rotoren 1 vier Polpaare zugeordnet sind. At the in 3 and 3A illustrated embodiment is the stator assembly 2 arranged such that each of the four 1-pole rotors 1 four pole pairs are assigned.

Gemäß 4 und 4A ist eine vierte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine dargestellt, bei der drei 3-polige Rotoren 1 vorgesehen sind, wobei die drei 3-poligen Rotoren 1 im Querschnitt bezogen auf ihre Rotationsachsen dreieckförmige angeordnet sind. Die Statoranordnung 2 ist derart angeordnet, dass jedem der 3-poligen Rotoren 1 drei Polpaare der Statoranordnung 2 zugeordnet sind. 3A zeigt wieder schematisch den Magnetfluss bei dieser Ausführungsvariante. According to 4 and 4A is a fourth embodiment of the electric machine according to the invention shown in the three 3-pole rotors 1 are provided, the three 3-pole rotors 1 are arranged triangular in cross section relative to their axes of rotation. The stator arrangement 2 is arranged such that each of the 3-pole rotors 1 three pole pairs of the stator arrangement 2 assigned. 3A again schematically shows the magnetic flux in this embodiment.

Vorzugsweise kann die vierte Ausführungsvariante der elektrischen Maschine als BLDC-Maschine ausgeführt werden. Die dreieckige, bevorzugt gleichschenklige Statoranordnung 2 mit drei Rotoren 1 kann auch zum Beispiel als 3-phasige Drehstrommaschine (Asynchronmaschine) ausgeführt werden. Bei der Asynchronmaschine werden durch die drei Phasen ein umlaufendes Polpaar in der Statoranordnung 2 erzeugt. Bei der Ausführung als BLDC-E-Motor werden drei Polpaare im Stator 2 und im Rotor 1 gebildet. Preferably, the fourth embodiment of the electric machine can be implemented as a BLDC machine. The triangular, preferably isosceles stator arrangement 2 with three rotors 1 can also be executed, for example, as a 3-phase three-phase machine (asynchronous machine). In the asynchronous machine by the three phases, a rotating pole pair in the stator assembly 2 generated. In the version as a BLDC-E motor, three pole pairs are in the stator 2 and in the rotor 1 educated.

In den 5 und 5A ist eine fünfte Ausführungsvariante der elektrischen Maschine schematisch dargestellt, bei der sechs Rotoren 1 mehreren 3-Phasen-Drehstromfeldern der Statoranordnung 2 zum Realisieren einer Drehstrommaschine zugeordnet sind. Die Rotoren 1 sind im Querschnitt bezogen auf ihre Rotationsachsen sechseckförmig angeordnet. In 5A ist exemplarisch die Verschaltung der drei Phasen u, v, w bzw. -u, -v, -w einer Drehstrommaschine dargestellt, wodurch sich alternierend wechselnde Drehrichtungen bei den Rotoren 1 ergeben. Eine Ausführung als BLDC-Maschine ist ebenfalls möglich. Die verschiedenen Drehrichtungen sind durch Pfeile in den 5 und 5A angedeutet. In the 5 and 5A is a fifth embodiment of the electric machine shown schematically, in the six rotors 1 several 3-phase three-phase fields of the stator assembly 2 associated with realizing a three-phase machine. The rotors 1 are arranged in hexagonal shape in cross section with respect to their axes of rotation. In 5A is exemplified the interconnection of the three phases u, v, w and -u, -v, -w a three-phase machine, which alternately changing directions of rotation in the rotors 1 result. A version as a BLDC machine is also possible. The different directions of rotation are indicated by arrows in the 5 and 5A indicated.

In 6 ist eine sechste Ausführungsvariante schematisch dargestellt, bei der fünf 2-polige Rotoren 1 vorgesehen sind, die im Querschnitt bezogen auf ihre Rotationsachsen quadratisch angeordnet sind, wobei einer der Rotoren 1 mittig zur quadratischen Anordnung angeordnet ist. Die Statoranordnung 2 ist derart vorgesehen, dass jedem der Rotoren 1 zwei Polpaare zugeordnet sind. Diese geometrische Anordnung aus Rotoren 1 und der Statoranordnung 2 ermöglicht eine 4-polige Anordnung mit fünf Rotoren 1. In 6 is a sixth embodiment shown schematically, in the five 2-pole rotors 1 are provided, which are arranged square in cross section with respect to their axes of rotation, wherein one of the rotors 1 is arranged centrally to the square arrangement. The stator arrangement 2 is provided so that each of the rotors 1 two pole pairs are assigned. This geometric arrangement of rotors 1 and the stator assembly 2 allows a 4-pole arrangement with five rotors 1 ,

In 7 ist eine siebente Ausführungsvariante der elektrischen Maschine schematisch dargestellt, bei der sieben 3-polige Rotoren 1 vorgesehen sind, die im Querschnitt bezogen auf ihre Rotationsachsen sechseckförmig angeordnet sind, wobei einer der Rotoren 1 mittig zur sechseckförmigen Anordnung angeordnet ist. Die Statoranordnung wird derart ausgeführt, dass jedem der Rotoren 1 drei Polpaare zugeordnet sind. Diese Ausführungsvariante ist z.B. für 6-polige BLDC- oder 2-polige Drehstrommaschinen mit 7 Rotoren 1 realisierbar. In 7 is a seventh embodiment of the electric machine shown schematically, in which seven 3-pole rotors 1 are provided, which are arranged hexagonally in cross section with respect to their axes of rotation, wherein one of the rotors 1 is arranged centrally to the hexagonal arrangement. The stator assembly is designed such that each of the rotors 1 three pole pairs are assigned. This version is eg for 6-pole BLDC or 2-pole three-phase machines with 7 rotors 1 realizable.

In 8 ist eine achte Ausführungsvariante der elektrischen Maschine dargestellt, bei der acht Rotoren 1 mehreren 3-Phasen-Drehstromfeldern der Statoranordnung 2 zum Realisieren einer Drehstrommaschine zugeordnet sind, wobei die Rotoren 1 im Querschnitt bezogen auf ihre Rotationsachsen etwa ringförmig angeordnet sind. Eine größere Anzahl von Rotoren 1 wird entsprechend analog angeordnet. Vorzugsweise kann diese Art der elektrischen Maschine für BLDC-Maschinen ausgeführt sein. In 8th an eighth embodiment of the electric machine is shown in the eight rotors 1 several 3-phase three-phase fields of the stator assembly 2 associated with realizing a three-phase machine, wherein the rotors 1 are arranged approximately annularly in cross section relative to their axes of rotation. A larger number of rotors 1 is arranged accordingly analog. Preferably, this type of electrical machine can be designed for BLDC machines.

Die in den 9 bis 11 dargestellten Anordnungen mehrerer elektrischer Maschinen ist ebenso anwendbar, auf die Anordnung mehrerer Rotoren 1 nur einer elektrischen Maschine. Bei dieser Ausführung sind dann die Rotoren 1 mit demselben bzw. dem gleichen Glied oder mit verschiedenen Gliedern eines nachgeschalteten Getriebes 3 direkt oder indirekt verbunden. The in the 9 to 11 shown arrangements of several electrical machines is also applicable to the arrangement of multiple rotors 1 only an electric machine. In this embodiment, then the rotors 1 with the same or the same member or with different members of a downstream transmission 3 directly or indirectly connected.

Bei der Anordnung von verschiedenen elektrischen Maschinen z.B. als Motoren M1 und M2 ist vorgesehen, dass der erste Motor M1 und der zweite Motor M2 entweder mit demselben bzw. dem gleichen Glied, wie in 10 und 11 gezeigt, oder mit verschiedenen Gliedern, wie in 9 dargestellt, eines nachgeschalteten Getriebes 3 direkt oder indirekt verbunden sind. In the arrangement of various electric machines, for example as motors M1 and M2, it is provided that the first motor M1 and the second motor M2 are connected either to the same or the same element, as in FIG 10 and 11 shown, or with different limbs, as in 9 represented, a downstream transmission 3 directly or indirectly connected.

In 9 ist eine so genannte Drehzahlüberlagerung durch Leistungsverzweigung dargestellt, da die elektrische Maschine als erster Motor M1 mit einem Hohlrad 5 zum Beispiel eines Planetenradsatzes als Getriebe 3 verbunden ist, während die elektrische Maschine als zweiter Motor M2 mit dem Sonnenrad 6 des Planetenradsatzes als Getriebe 3 verbunden ist. Bei dieser Ausführung dient der Planetenradträger 7 des Getriebes als Abtrieb. Mit gestrichelter Linie ist eine optionale Kopplung der beiden Motoren M1 und M2 angedeutet. In 9 is a so-called speed superposition represented by power split, since the electric machine as the first motor M1 with a ring gear 5 for example, a planetary gear set as a transmission 3 is connected while the electric machine as a second motor M2 with the sun gear 6 of the planetary gear set as a transmission 3 connected is. In this embodiment, the planet carrier is used 7 of the gearbox as output. A dashed line indicates an optional coupling of the two motors M1 and M2.

In 10 und 11 weisen die als elektrische Maschine ausgebildeten Motoren M1 und M2 unterschiedliche Übersetzungen auf, und sind mit demselben Glied des Getriebes 3 verbunden. In 10 and 11 For example, the motors M1 and M2, which are designed as electric machines, have different ratios and share the same element of the transmission 3 connected.

In 10 ist beispielsweise der erste Motor M1 über eine Übersetzungsstufe i1 mit einer Stirnradstufe 8 verbunden, wobei der zweite Motor M2 über eine andere Übersetzungsstufe i2 ebenfalls mit der Stirnradstufe 8 verbunden ist. Auch hier ist eine optionale Koppelung der beiden Motoren M1 und M2 durch gestrichelte Linien angedeutet. In 10 For example, the first motor M1 via a translation stage i1 with a spur gear 8th connected, wherein the second motor M2 via another translation stage i2 also with the spur gear 8th connected is. Again, an optional coupling of the two motors M1 and M2 is indicated by dashed lines.

In 11 ist der erste Motor M1 mit der Übersetzungsstufe i1 mit einem Hohlrad 9 gekoppelt, während der zweite Motor M2 mit einer Übersetzungsstufe i2 ebenfalls mit dem Hohlrad 9 verbunden ist. In 11 is the first motor M1 with the translation stage i1 with a ring gear 9 coupled, while the second motor M2 with a translation stage i2 also with the ring gear 9 connected is.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Rotor rotor
22: Statoranordnung stator
33: Getriebe transmission
44: Spule Kitchen sink
55: Hohlrad des Planetenradsatzes Ring gear of the planetary gear set
66: Sonnenrad des Planetenradsatzes Sun gear of the planetary gear set
77: Planetenradträger des Planetenradsatzes Planet carrier of the planetary gear set
88th: Stirnradstufe spur gear
99: Hohlrad ring gear
M1 M1: Motor engine
M2 M2: Motor engine
NN: magnetischer Nordpol magnetic north pole
SS: magnetischer Südpol magnetic south pole
u, -u u, -u: Phase beim Drehstrom Phase at the three-phase current
v, -v v, -v: Phase beim Drehstrom Phase at the three-phase current
w, -w w, -w: Phase beim Drehstrom Phase at the three-phase current

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009028151 A1 [0003]

Claims

Electric machine as motor (M1, M2) or generator with at least two rotors ( 1 ) and a stator assembly ( 2 ), characterized in that the rotors ( 1 ) are arranged offset radially to each other.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the rotors ( 1 ) are arranged axially parallel to each other based on the respective axis of rotation.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the rotors ( 1 ) are arranged with respect to the respective axis of rotation at a predetermined angle to each other.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic poles (N, S) of each coil ( 4 ) of the stator assembly different rotors ( 1 ) assigned.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that each rotor ( 1 ) and each stator arrangement ( 2 ) has at least one magnetic field by a permanent magnet or by external excitation or by induction.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that two at least 1-pole rotors ( 1 ) are provided which a 2-pole stator assembly ( 2 ) or a 4-pole stator arrangement ( 2 ) assigned.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that 2n at least 1-pole rotors ( 1 ) are provided, which are associated with a 2m-pole stator arrangement, where n and m denote integers such as 1, 2, 3, 4 ....

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that four at least 1-pole rotors ( 1 ) are provided.

Electrical machine according to claim 7, characterized in that the four at least 1-pole rotors ( 1 ) are arranged in cross section with respect to their axes of rotation square or rectangular.

Electrical machine according to claim 9, characterized in that the stator arrangement ( 2 ) is designed such that each of the four at least 1-pole rotors ( 1 ) 2n pole pairs, in particular many pole pairs are assigned, where n denotes an integer, such as 1, 2, 3, 4 ....

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that 3n 3-pole rotors ( 1 ), in particular three 3-pole rotors are provided, wherein n denotes an integer, such as 1, 2, 3 ....

Electrical machine according to claim 11, characterized in that the 3n 3-pole rotors ( 1 ) are arranged triangular in cross section with respect to their axes of rotation.

Electrical machine according to claim 11 or 12, characterized in that the stator arrangement ( 2 ) is designed such that each of the 3-pole rotors ( 1 ) 3n pole pairs are assigned, in particular three pairs of poles are assigned, where n denotes an integer such as 1, 2, 3 ....

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that six rotors ( 1 ) at least three-phase three-phase fields of the stator arrangement ( 2 ) are assigned to realize a three-phase machine.

Electrical machine according to claim 14, characterized in that the rotors ( 1 ) are arranged hexagonally in cross section with respect to their axes of rotation.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that five at least 2-pole rotors ( 1 ) are provided, which are arranged square in cross section with respect to their axes of rotation, wherein one of the rotors ( 1 ) is arranged centrally to the square arrangement.

Electrical machine according to claim 16, characterized in that the stator arrangement ( 2 ) are arranged such that each of the rotors ( 1 ) are assigned at least two pole pairs.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that seven at least 3-pole rotors ( 1 ) are provided, which are arranged hexagonal in cross section with respect to their axes of rotation, wherein one of the rotors ( 1 ) is arranged centrally to the hexagonal arrangement.

Electrical machine according to claim 18, characterized in that the stator arrangement ( 2 ) are arranged such that each of the rotors ( 1 ) are assigned at least three pole pairs.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that eight rotors ( 1 ) at least 3-phase three-phase fields of the stator arrangement ( 2 ) are associated to realize a three-phase machine, wherein the rotors are arranged in a ring in cross-section with respect to their axes of rotation.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the rotors ( 1 ) with one link or with different links of a downstream transmission ( 3 ) are directly or indirectly connected.

Arrangement with a plurality of electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the electric machines as motors (M1, M2) with one member or with different members of a downstream transmission ( 3 ) are directly or indirectly connected.

Arrangement according to claim 22, characterized in that a first motor (M1) with a ring gear ( 5 ) of the transmission ( 3 ) and that a second motor (M2) with a sun gear ( 6 ) of the transmission ( 3 ) connected is.

Arrangement according to claim 22, characterized in that a first motor (M1) via a translation stage (i1) with a spur gear stage ( 8th ), and that a second motor (M2) via a further translation stage (i2) with the spur gear stage ( 8th ) connected is.

Arrangement according to claim 22, characterized in that a first motor (M1) with a transmission stage (i1) with a ring gear ( 9 ), and that a second motor (M2) with a further transmission stage (i2) with the ring gear ( 9 ) connected is.