DE102014216586A1 - Elektrische hybriderregte Homopolarmaschine mit zweiteiliger Welle und Polring - Google Patents

Elektrische hybriderregte Homopolarmaschine mit zweiteiliger Welle und Polring Download PDF

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Abstract

Es wird eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine beziehungsweise ein Verfahren zum Fertigen einer solchen Homopolarmaschine beschrieben, bei der eine in Axialrichtung zentral durch einen Rotor (21) verlaufende Welle (35) vorteilhaft gebildet werden kann. Die Welle (35) wird aus zwei Teilwellen (49, 51) gebildet, welche beispielsweise als massivumgeformte Rohlinge, insbesondere als massivumgeformte Hohlwellen, bereitgestellt werden können und welche an einem ihrer Enden jeweils einen radial nach außen abragenden Flansch (53, 55) aufweisen. Die beiden Flansche (53, 55) können entlang ihrer Stirnflächen mithilfe einer beispielsweise durch Reibschweißen oder Pressschweißen erzeugten Schweißnaht (61) fest miteinander verbunden werden. Die Teilwellen (49, 51) können aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen, so dass die Flansche (53, 55) gemeinsam einen Polring (43) für die Homopolarmaschine bilden können. Ein Magnetfluss (45) kann durch diesen Polring (43) geeignet zwischen zwei Rotorhälften (31, 33) geführt werden. Da die Teilwellen (49, 51) innen hohl ausgebildet sind, kann der Magnetfluss (45) nicht in das Innere der Welle (35) eindringen und sich axial zu deren Enden ausbreiten, so dass Verluste aufgrund von Streuflüssen minimiert werden können. Eine Welle (35), die durch zwei Teilwellen (49, 51) gebildet wird, wobei Flansche (53, 55) durch ein Verschweißen nicht nur eine stabile mechanische Verbindung zwischen den Teilwellen (49, 51) bilden, sondern auch einen Polring (43) ausbilden können, kann einfach und kostengünstig gefertigt werden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine sowie ein Verfahren zum Fertigen einer solchen elektrischen Maschine.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Elektrische Maschinen können als Motoren beziehungsweise Generatoren für verschiedenste Einsatzzwecke verwendet werden. Beispielsweise können sie in Elektro- oder Hybridfahrzeugen als Antrieb oder zur Rekuperation kinetischer Energie beim Abbremsen des Fahrzeugs eingesetzt werden. Bei Elektrofahrzeugen können unterschiedliche Elektromotoren zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel permanenterregte Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen oder so genannte Homopolarmaschinen.
  • Homopolarmaschinen werden beispielsweise in der DE 694 067 06 , EP 02 288 73 , EP 07 292 17 , US 2013 022 1771 beschrieben und können als so genannte hybriderregte Homopolarmaschinen (hybHPM) dahingehend vorteilhaft sein, dass sie einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweisen, der ähnlich dem Wirkungsgrad einer permanenterregten Synchronmaschine sein kann, wobei jedoch im Vergleich zu einer solchen permanenterregten elektrischen Maschine signifikant weniger Magnetmaterial benötigt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass in der Homopolarmaschine eine Erregerspule angeordnet wird, die entweder im Rotor oder im Stator angeordnet sein kann.
  • Herkömmlich weist eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine einen Stator und einen Rotor sowie eine in Axialrichtung zentral durch den Rotor verlaufende Welle auf. Der Rotor ist dabei zweiteilig ausgebildet und weist zwei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Rotorhälften auf, welche voneinander durch einen zwischen diese Rotorhälften zwischengelagerten Polring getrennt sind. Der Polring dient dabei dazu, in den beiden Rotorhälften erzeugte Magnetfelder geeignet räumlich derart zu führen, dass es innerhalb der elektrischen Maschine einerseits zu einer gewünschten Magnetfeldverteilung zur Erzeugung hoher Drehmomente zwischen dem Stator und dem Rotor kommt, andererseits jedoch magnetische Kurzschlüsse vermieden werden.
  • Herkömmlich ist die Welle der Homopolarmaschine typischerweise einstückig ausgebildet und besteht aus einem magnetisch leitfähigen Material. Ein Teilbereich der Welle kann dabei den zwischen die Rotorhälften zwischengelagerten Polring bilden. Der Polring weist dabei einen größeren Durchmesser auf als angrenzende Teilbereiche der Welle, an denen die benachbarten Rotorhälften angeordnet sind. Die Welle kann hierzu beispielsweise aus einem Rohteil durch spanende Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen, herausgearbeitet werden.
  • Dadurch, dass die gesamte Welle in diesem Fall aus einem magnetisch leitfähigen Material wie zum Beispiel Stahl besteht, kann es zur Ausbildung eines so genannten Streuflusses in axialer Richtung hin zu den Wellenenden kommen, wobei dieser Streufluss einen Verlust darstellt und nicht mehr zur Drehmomenterzeugung zur Verfügung steht.
  • Alternativ kann die Welle aus einem unmagnetischen Material wie zum Beispiel Edelstahl gefertigt werden, wodurch Verluste aufgrund von Streuflüssen vermieden werden können. Allerdings sind solche Materialien im Allgemeinen teuer. Außerdem sind solche Materialien häufig nur bedingt härtbar, so dass beispielsweise an Getriebeschnittstellen, an denen zum Beispiel Verzahnungen vorzusehen sein können, keine ausreichende Festigkeit beziehungsweise keine ausreichende Verschleißresistenz erreicht werden kann. Außerdem muss bei einer Welle aus magnetisch nicht leitfähigem Material der zwischen den Rotorhälften vorzusehende magnetisch leitfähige Polring als zusätzliches Bauteil vorgesehen, beispielsweise aufgepresst, werden.
  • Alternativ zur Verwendung eines magnetisch nicht leitfähigen Materials kann die Welle auch als Hohlwelle ausgebildet werden, bei der ein magnetischer Axialfluss innerhalb der Welle ebenso minimiert werden kann. Allerdings ist auch hier die Verwendung eines zusätzlichen Bauteils zur Bildung des Hohlrings erforderlich.
  • Ferner sind geteilte und mehrfach zusammengesetzte Wellen bekannt und beispielsweise in DE 10 2007 032 131 A1 und DE 10 2012 011 002 A1 beschrieben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine bereitzustellen, welche aufgrund einer speziellen Ausgestaltung der Welle der Maschine einfach und/oder kostengünstig gefertigt werden kann, wobei die Welle insbesondere derart ausgestaltet sein kann, dass Verluste aufgrund von magnetischen Streuflüssen minimiert werden können und/oder ein Gewicht und damit eine Trägheit der Welle minimiert werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine beschrieben, welche einen Stator, einen Rotor und eine in Axialrichtung zentral durch den Rotor verlaufende Welle aufweist. Der Rotor weist hierbei zwei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Rotorhälften sowie einen zwischen den beiden Rotorhälften zwischengelagerten Polring auf. Die Homopolarmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Welle aus zwei Teilwellen ausgebildet ist, wobei jede Teilwelle an einem Ende einen radial nach außen abragenden Flansch oder Bund aufweist und die beiden Teilwellen an ihren gegenüberliegend angeordneten Flanschen miteinander fest verbunden sind und dabei den Polring bilden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer elektrischen hybriderregten Homopolarmaschine beschrieben, wobei das Verfahren ein Bereitstellen von zwei Teilwellen, ein Verbinden der beiden Teilwellen und ein Anordnen von zwei Rotorhälften aufweist. Die beiden Teilwellen weisen hierbei jeweils an einem Ende einen radial nach außen abragenden Flansch auf und werden an ihren gegenüberliegend angeordneten Flanschen miteinander verbunden. Die beiden Rotorhälften werden jeweils angrenzend an die miteinander verbundenen Flansche derart angeordnet, dass die Flansche einen zwischen den beiden Rotorhälften zwischengelagerten Polring bilden.
  • Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
  • Es wurde erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, die Welle einer Homopolarmaschine nicht einstückig vorzusehen, sondern diese aus zwei Teilwellen zusammenzusetzen. Die Teilwellen können als separate Bauteile bereitgestellt und dann miteinander verbunden werden. Die Teilwellen weisen jedoch dabei nicht entlang ihrer gesamten axialen Länge einen konstanten Durchmesser auf und werden nicht lediglich an ihren Stirnflächen miteinander verbunden. Stattdessen weist jede der Teilwellen an zumindest einem Ende einen radialen nach außen abragenden Flansch auf. Im Bereich des Flansches weist die Teilwelle somit einen größeren Durchmesser auf als in angrenzenden Teilbereichen. Die beiden Teilwellen können dann derart angeordnet werden, dass ihre beiden Flansche sich gegenüber liegen, das heißt, dass die Stirnflächen an den beiden Flanschen aneinander anliegen können. In einer solchen Konfiguration können die Flansche dann fest miteinander verbunden werden. Beispielsweise können die Flansche miteinander verschweißt werden, wobei sich insbesondere ein Verschweißen der beiden Flansche mithilfe von Reibschweißverfahren oder Pressschweißverfahren als vorteilhaft herausgestellt hat.
  • Die Teilwellen können hierbei zumindest im Bereich der Flansche mit einem magnetisch leitfähigen Material wie z.B. Stahl ausgebildet sein. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, jede der Teilwellen einstückig auszubilden, wobei die gesamte Teilwelle aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen kann.
  • Die beiden miteinander fest verbundenen Flansche aus einem magnetisch leitfähigen Material können hierbei den Polring der Homopolarmaschine bilden. Sie ragen radial weiter nach außen ab als angrenzende Teilbereiche der Welle, so dass an den angrenzenden Teilbereichen jeweils die Rotorhälften angeordnet werden können und der von den Flanschen gebildete Polring zwischen den beiden Rotorhälften in axialer Richtung zwischengelagert sein kann, so dass ein magnetischer Fluss in axialer Richtung aufgrund des magnetisch leitfähigen Polrings geeignet geführt werden kann.
  • Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, die Flansche derart zu dimensionieren, dass der durch die Flansche gebildete Polring einen kleineren Durchmesser aufweist als die beiden Rotorhälften. Hierdurch kann bei entsprechender elektro-magnetischer Auslegung eine geeignete Führung des Magnetfeldes erreicht werden bei gleichzeitiger Minimierung eines Risikos von magnetischen Kurzschlüssen bzw. Streuflüssen außerhalb der Rotorhälften.
  • Als besonders vorteilhaft erscheint es, die Teilwellen in einem Zentralbereich jeweils hohl auszuführen. Mit anderen Worten können die Teilwellen nicht massiv sondern als Hohlwellen ausgeführt sein. Durch einen im Inneren der Teilwellen ausgebildeten zentralen Hohlraum kann dabei weitgehend vermieden werden, dass sich magnetischer Fluss axial entlang der Welle ausbreitet und es dadurch zu Verlusten aufgrund von Streuflüssen kommt. Ein in einer der Rotorhälften erzeugtes Magnetfeld wird im Bereich der Flansche durch den hierdurch gebildeten Polring hin zu der gegenüber liegenden Rotorhälfte geführt, ohne dass das Magnetfeld bei entsprechender elektro-magnetischer Auslegung in das Innere der Welle eindringen könnte, da dieses Innere hohl ausgebildet und somit mit magnetisch nicht leitender Luft gefüllt ist.
  • Dabei kann die Teilwelle nahe dem Flansch einen im Querschnitt größeren zentralen Hohlraum aufweisen als fern dem Flansch. Mit anderen Worten kann jede der Teilwellen zwar einen Hohlraum aufweisen, der sich zentral um eine sich axial erstreckende Rotationsachse über die gesamte Länge der Teilwelle erstreckt, so dass Streuflüsse in axialer Richtung minimiert werden können, der Hohlraum kann jedoch in der Nähe des Flansches einen wesentlich größeren Durchmesser aufweisen als in der Nähe eines gegenüber liegenden Endes der Teilwelle. Damit kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die Welle angrenzend an die Flansche im Allgemeinen einen größeren Durchmesser aufweist als an gegenüber liegenden, in der Regel über die Rotorhälften axial hinüber stehenden Bereichen und außerdem dort von den Rotorhälften stabilisierend umgeben wird, so dass die Welle nahe den Flanschen geringeren Belastungen standhalten muss als an gegenüber liegenden Enden, an denen gegebenenfalls über Zahnräder oder ähnliches Drehmomente übertragen werden müssen.
  • Es kann außerdem vorteilhaft sein, in beiden Teilwellen jeweils Kühlkanäle vorzusehen, welche sich in Axialrichtung durch die Teilwellen erstrecken und welche fluchtend miteinander angeordnet sind. Die Kühlkanäle können dazu dienen, während des Betriebs der Homopolarmaschine entstehende Wärme abzuleiten, indem Kühlmittel direkt durch die in der Welle vorgesehenen Kühlkanäle in Axialrichtung hindurchgeleitet wird und somit Wärme aus dem Rotor der Homopolarmaschine ableiten kann.
  • Beim Fertigen der Homopolarmaschine kann es vorteilhaft sein, die beiden Flansche zunächst miteinander zu verbinden, beispielsweise zu verschweißen, und anschließend die beiden Teilwellen in Bereichen benachbart der Flansche spanend nachzubearbeiten. Durch die nachträgliche spanende Bearbeitung kann die Welle an ihrem Außenbereich in eine gewünschte Form gebracht werden, um z.B. Zahnräder, Kugellager, etc. daran anschließen zu können.
  • Zusammengefasst kann es vorteilhaft sein, die Welle einer Homopolarmaschine mithilfe zweier beispielsweise massiv umgeformter Rohteile auszubilden, die jeweils eine Teilwelle bilden. Jedes der Rohteile kann dabei einen einseitigen Bund in Form eines Flansches aufweisen, so dass die Teilwellen im Bereich der Flansche miteinander verschweißt und somit fest verbunden werden können. Die Flansche können dabei anschließend als Polring zur axialen Magnetflussführung innerhalb der Homopolarmaschine dienen. Insbesondere wenn die Teilwellen als Hohlwellen ausgeführt sind können dabei Streuflussverluste in der Maschine reduziert werden und gleichzeitig ein Gewicht und damit eine Trägheit des mit der Welle versehenen Rotors verringert werden. Nachdem die Teilwellen fest miteinander verbunden wurden, können sie ähnlich wie bei einer herkömmlichen Fertigung beispielsweise durch spanende Nachbearbeitung an ihrer Außenseite in eine gewünschte Form gebracht werden, um sie beispielsweise für eine Anbringung von Zahnrädern oder Ähnlichem vorzubereiten. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Teilwellen jeweils als Gleichteile bereitzustellen, wodurch eine Anzahl vorzuhaltender Teiletypen reduziert werden kann. Es ist auch vorstellbar, Teilwellen in Form unterschiedlich langer Rohteile vorzusehen, so dass sich wie bei einem Baukastensystem verschiedene Teilwellen miteinander kombinieren lassen, um beispielsweise Wellenenden unterschiedlich großer Homopolarmaschinen ausbilden zu können oder Anschlüsse an unterschiedliche Getriebe zu ermöglichen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen, insbesondere einerseits mit Bezug auf eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine und andererseits mit Bezug auf ein Verfahren zum Fertigen einer solchen Maschine, beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
  • 1 zeigt einen perspektivisch dargestellten Schnitt durch eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine.
  • 2 zeigt einen perspektivisch dargestellten Schnitt durch einen Rotor einer Homopolarmaschine mit einer einstückigen Welle.
  • 3 zeigt einen perspektivisch dargestellten Schnitt durch einen Rotor einer Homopolarmaschine mit einer Welle und einem separaten Polring.
  • 4 veranschaulicht perspektivisch zwei Teilwellen für eine erfindungsgemäße Homopolarmaschine.
  • 5 und 6 zeigen zwei miteinander verschweißte Teilwellen einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine vor und nach einer spanenden Nachbearbeitung.
  • 7 veranschaulicht in perspektivischer Schnittdarstellung einen magnetischen Fluss innerhalb eines Rotors einer erfindungsgemäßen Homopolarmaschine.
  • Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Merkmale.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine elektrische hybriderregte Homopolarmaschine 1. Ein Stator 3 weist eine verteilte Wicklung 5, eine Erregerspule 7 und ein Statorpaket 9 mit einem Rückschlussring 11 auf. Der Stator 3 ist in ein zylindrisches Gehäuse 13 eingeschrumpft, welches an seinen Stirnflächen durch Deckel 15, 17 verschlossen wird. An einem der Deckel 17 ist ein elektrischer Anschluss 19 zur Versorgung der verteilten Wicklung 5 vorgesehen. Die Erregerspule 7 ist als Ringspule ausgeführt und liegt zwischen den beiden Statorpaketen 9 auf einem Kunststoffspulenkörper.
  • Radial innerhalb des Stators 3 ist ein Rotor 21 aufgenommen, wie er in 2 vergrößert dargestellt ist. Der Rotor 21 ist aus zwei Blechpaketen 23, 25, das heißt zwei Stapeln aus hintereinander angeordneten dünnen Blechlamellen, aufgebaut. Jedes der Blechpakete 23, 25 ist gleichpolig mit Magneten 27, 29 bestückt. Die Magnete 27, 29 sind dabei jeweils innerhalb eines Blechpakets 23, 25 beabstandet zueinander entlang des Umfangs angeordnet, wobei die Nordpole des einen Blechpaketes 23 in Umfangsrichtung versetzt zu den Südpolen des anderen Blechpaketes 25 angeordnet sind. Die Blechpakete 23, 25 zusammen mit den darin angeordneten Magneten 27, 29 bilden jeweils eine Rotorhälfte 31, 33.
  • Die Blechpakete 23, 25 sind auf eine Welle 35 aufgepresst, so dass die Welle 35 sich in Axialrichtung zentral durch die beiden Rotorhälften 31, 33 erstreckt und mit diesen drehfest verbunden ist. An außen liegenden Stirnflächen der Rotorhälften 31, 33 können Wuchtscheiben 37, 39 angeordnet sein.
  • In dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel ist die Welle 35 einstückig und massiv ausgeführt. Die Welle 35 kann hierzu aus dem Vollen gefertigt sein und beispielsweise durch nachträgliche spanende Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen, in eine geeignete Form gebracht worden sein. Die Welle 35 weist hierbei etwa in ihrer axialen Mitte einen verdickten Bereich 41 mit vergrößertem Durchmesser auf, an dessen beiden Seiten jeweils die Rotorhälften 31, 33 angeordnet sind. Die einstückige Welle 35 ist in diesem Fall aus einem magnetisch leitfähigen Material wie zum Beispiel Stahl gefertigt, so dass der verdickte Bereich 41 als Polring 43 wirken kann. Ein in dem Rotor 21 generierter Magnetfluss wird zwischen den beiden Rotorhälften 31, 33 dreidimensional über den Polring 43 geleitet, der hierfür entsprechend dimensioniert sein sollte. In 2 sind Magnetflusslinien 45 schematisch angedeutet.
  • Wenn die Welle 35 massiv und aus einem magnetisch leitfähigen Material gebildet ist, kann innerhalb der Welle 35 ein so genannter Streufluss in axialer Richtung hin zu den Wellenenden geführt werden, wie dies durch die Magnetfeldlinien 47 angedeutet ist. Dieser Streufluss steht dann nicht mehr zur Drehmomenterzeugung zur Verfügung, so dass es dementsprechend zu Verlusten kommt.
  • Als Alternative kann die Welle 35 aus einem nicht magnetisch leitfähigen Material wie zum Beispiel Edelstahl gefertigt werden. Solche Materialien sind jedoch in der Regel teuer und unter Umständen nur bedingt härtbar, was zum Beispiel an Getriebeschnittstellen wie zum Beispiel Verzahnungen wegen der dort notwendigen Festigkeit und Verschleißwiderstandsfähigkeit erforderlich sein kann. Wie in 3 dargestellt, dringen Magnetflusslinien 45 in diesem Fall nicht in das magnetisch nicht leitfähige Material der Welle 35 ein. Allerdings muss zwischen den Rotorhälften 31, 33 zur geeigneten Führung des Magnetfeldes dann ein zusätzlicher Polring 43 aus magnetisch leitfähigem Material zwischengelagert werden, der auf die Welle 35 als separates Bauteil aufgepresst werden muss.
  • Mit Bezug auf die 4 bis 7 wird nun beschrieben, wie eine Welle 35 aufgebaut werden kann, um erfindungsgemäß eine Homopolarmaschine fertigen zu können.
  • Die Welle 35 wird aus zwei Teilwellen 49, 51 zusammengesetzt. Jede der Teilwellen 49, 51 wird als massivumgeformtes Rohteil bereitgestellt. Jede Teilwelle 49, 51 weist an einem ihrer Enden, das heißt an einer Stirnfläche, einen radial nach außen abragenden Flansch 53, 55 oder Bund auf. Die Teilwellen 49, 51 sind innen in einem Zentralbereich 57 hohl ausgeführt, wie dies in 4 rechts teilweise weggeschnitten dargestellt ist. Ein Querschnitt einer einen zentralen Hohlraum 59 bildenden Ausnehmung ist dabei nahe dem Flansch 53, 55 größer als in einem Bereich fern des Flansches 53, 55.
  • Um die Welle 35 zu bilden, werden die beiden Teilwellen 49, 51 beispielsweise durch Reibschweißen oder Pressschweißen fest miteinander verbunden. Die Teilwellen 49, 51 werden hierzu mit ihren Stirnflächen im Bereich der Flansche 53, 55 in Anlage zueinander gebracht und dann miteinander verschweißt. Eine hierbei ausgebildete Schweißnaht 61 ist in 5 dargestellt. Die zusammengeschweißten Flansche 53, 55 ragen gemeinsam über die ansonsten in diesem Fertigungszustand zylindrische Welle radial nach außen ab, so dass sie, da die Rohteile 49, 51 aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen, später in dem Rotor 21 als Polring 43 wirken können.
  • Nachdem die Flansche 53, 55 miteinander verschweißt wurden, kann die Welle 35 durch spanende Bearbeitung in eine gewünschte Form gebracht werden. Beispielsweise kann an Enden der Welle 35 Material durch Drehen abgetragen werden, um die Welle 35 in diesen Bereichen beispielsweise zur Aufnahme von Zahnrädern oder Ähnlichem vorzubereiten.
  • In 7 ist ein Rotor 21 einer erfindungsgemäßen elektrischen hybriderregten Homopolarmaschine im zusammengebauten Zustand veranschaulicht. Axial neben dem von den Flanschen 53, 55 gebildeten Polring 43 sind jeweils die Rotorhälften 31, 33 auf die Welle 35 aufgepresst. Die Flansche 53, 55 sind dabei derart geeignet dimensioniert, dass sie einerseits entlang einer ausreichend großen Fläche miteinander in Kontakt kommen, so dass durch das Verschweißen der Stirnflächen eine ausreichend feste Verbindung zwischen den beiden Teilwellen 49, 51 erreicht wird, um gewünschte Drehmomente übertragen zu können. Andererseits soll der von den Flanschen 53, 55 gebildete Polring 43 derart dimensioniert sein, dass ein von den Rotorhälften 31, 33 erzeugter Magnetfluss geeignet, d.h. möglichst streufeldfrei, geführt wird. Der Polring 43 sollte hierzu einen kleineren Durchmesser aufweisen als die beiden Rotorhälften 31, 33, so dass in der fertigen Homopolarmaschine ein Spalt 63 zwischen dem Polring 43 und den Komponenten des Stators 3 verbleibt.
  • Wie durch die Feldlinien 45 in 7 angedeutet, kann der von den Flanschen 53, 55 gebildete Polring 43 einen Magnetfluss zwischen den beiden Rotorhälften 31, 33 geeignet führen. Andererseits kann dadurch, dass die beiden Teilwellen 49, 51 hohl ausgebildet sind und lediglich entlang der Stirnflächen der beiden Flansche 53, 55 miteinander verschweißt sind, vermieden werden, dass ein Magnetfeld in ein Inneres der Welle 35 eindringt und sich axial zu den Enden der Welle 35 ausbreitet. Verluste aufgrund von Streuflüssen können somit minimiert werden.
  • Um die Welle 35 während des Betriebs der Homopolarmaschine 1 kühlen zu können, können zusätzlich innerhalb der Welle Kühlkanäle vorgesehen sein, durch die Kühlmittel wie z.B. Getriebeöl geleitet werden kann. Beispielsweise kann bei einer hohl ausgeführten Welle 35 der hohle Zentralbereich 57 einen Teil eines Kühlkanalsystems bilden. Kühlmittel kann entlang des Inneren der Welle in Axialrichtung und gegebenenfalls auch durch radial verlaufende Öffnungen (nicht dargestellt) geleitet werden.
  • Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 69406706 [0003]
    • EP 0228873 [0003]
    • EP 0729217 [0003]
    • US 20130221771 [0003]
    • DE 102007032131 A1 [0009]
    • DE 102012011002 A1 [0009]

Claims (12)

  1. Elektrische hybriderregte Homopolarmaschine (1), aufweisend: einen Stator (3); einen Rotor (21); eine in Axialrichtung zentral durch den Rotor (21) verlaufende Welle (35); wobei der Rotor (21) zwei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Rotorhälften (31, 33) sowie einen zwischen den beiden Rotorhälften zwischengelagerten Polring (43) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (35) aus zwei Teilwellen (49, 51) gebildet ist, wobei jede Teilwelle (49, 51) an einem Ende einen radial nach außen abragenden Flansch (53, 55) aufweist und die beiden Teilwellen (49, 51) an ihren gegenüberliegend angeordneten Flanschen (53, 55) miteinander fest verbunden sind und die beiden Flansche (53, 55) den Polring (43) bilden.
  2. Homopolarmaschine nach Anspruch 1, wobei die Flansche (53, 55) der beiden Teilwellen (39, 51) miteinander verschweißt sind.
  3. Homopolarmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Teilwellen (49, 51) in einem Zentralbereich (57) jeweils hohl ausgeführt sind.
  4. Homopolarmaschine nach Anspruch 3, wobei bei einer Teilwelle (49, 51) ein Querschnitt einer einen zentralen Hohlraum (59) bildenden Ausnehmung nahe dem Flansch (53, 55) größer ist als fern dem Flansch (53, 55).
  5. Homopolarmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Teilwellen (49, 51) zumindest im Bereich der Flansche (53, 55) mit einem magnetisch leitfähigen Material ausgebildet sind.
  6. Homopolarmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede Teilwelle (49, 51) einstückig ausgebildet ist.
  7. Homopolarmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der durch die Flansche (53, 55) gebildete Polring (43) einen kleineren Durchmesser aufweist als die beiden Rotorhälften (31, 33).
  8. Homopolarmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend Kühlkanäle, welche sich in Axialrichtung durch beide Teilwellen (49, 51) erstrecken.
  9. Verfahren zum Fertigen einer elektrischen hybriderregten Homopolarmaschine(1), aufweisend: Bereitstellen von zwei Teilwellen (49, 51), wobei jede Teilwelle (49, 51) an einem Ende einen radial nach außen abragenden Flansch (53, 55) aufweist; Verbinden der beiden Teilwellen (49, 51) an ihren gegenüberliegend angeordneten Flanschen (53, 55) miteinander; Anordnen von zwei Rotorhälften (31, 33) jeweils angrenzend an die miteinander verbundenen Flansche (53, 55) derart, dass die Flansche (53, 55) einen zwischen den beiden Rotorhälften (31, 33) zwischengelagerten Polring (43) bilden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die beiden Flansche (53, 55) miteinander verschweißt werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die beiden Flansche (53, 55) miteinander durch Reibschweißen oder Pressschweißen verschweißt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die beiden Teilwellen (49, 51), nachdem sie an den Flanschen (53, 55) miteinander verbunden wurden, spanend nachbearbeitet werden.
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