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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Unter elektrische Maschine wird hierbei ein Generator, jedoch auch ein Elektromotor verstanden. Die elektrische Maschine ist bevorzugt eine Gleichstrommaschine und beispielsweise ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Anzahl von Elektromotoren auf. Mittels dieser wird beispielsweise ein Verstellteil angetrieben, wie ein Lüfterrad. Alternativ hierzu wird der Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs selbst herangezogen. Mit anderen Worten handelt es sich in diesem Fall bei dem Kraftfahrzeug um ein Elektro- oder ein sogenanntes Hybrid-Fahrzeug. Der Elektromotor selbst weist meist einen hohlzylindrischen Stator und einen darin angeordneten Rotor auf, der drehbar gelagert ist. Der Rotor selbst umfasst eine Anzahl an Permanentmagneten, die beispielsweise speichenartig um eine Rotationsachse des Rotors angeordnet sind. Der Stator umfasst eine Anzahl an Elektromagneten, mittels derer bei Betrieb ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. Dieses wechselwirkt mit den Permanentmagneten es Rotors, was zu einer Drehbewegung des Rotors führt.
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Die Elektromagneten selbst sind mittels einzelner Spulen erstellt, die zu drei separaten Phasen zusammengeschaltet sind, beispielsweise in einer Dreiecks- oder Sternschaltung. Die Bestromung der einzelnen Phasen erfolgt mittels eines Umrichters, der eine sogenannte Brückenschaltung mit einzelnen Halbleiterschaltern aufweist, insbesondere eine B6-Schaltung. Aufgrund der wechselnden Bestromung der einzelnen Phasen und der sich ändernden Winkelstellung des Rotors bezüglich der jeweils bestromten Elektromagneten ist das mittels des Elektromotors aufgebrachte Drehmoment nicht konstant, sondern weist eine sogenannte Welligkeit auf. Um diese zu reduzieren, wird meist eine vergleichsweise große Anzahl an Permanentmagneten und/oder Elektromagneten gewählt, was zu einer feineren Abstufung der Lage des mittels des Stators erstellten Magnetfelds führt. Hierbei ist jedoch ein erhöhter fertigungstechnischer Aufwand erforderlich, und die Anzahl möglicher derartiger Permanentmagnete ist aufgrund des beschränkten Platzes begrenzt. Auch treten aufgrund der Schaltvorgänge mittels des Umrichters elektromagnetische Störungen auf, was die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) schmälert.
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Alternativ werden sogenannte Kommutatormotoren verwendet, bei denen der Stator einen Permanentmagneten umfasst, beispielsweise in Form eines Hufeisenmagneten. Der Rotor weist in diesem Fall eine Anzahl an Wicklungen auf, die mit Lamellen eines Kommutators elektrisch kontaktiert sind, der drehfest an der Welle des Elektromotors befestigt ist. Bei Betrieb streichen ortsfest gehaltene Bürsten, meist Kohlebürsten, über die Lamellen des Kommutators, und dienen der Bestromung der einzelnen Wicklungen. Auch bei dieser Ausgestaltung ist konstruktionsbedingt aufgrund des vergleichsweise abrupten Beginns und Endes der Bestromung der einzelnen Wicklungen des Rotors eine vergleichsweise hohe Drehmomentwelligkeit gegeben. Ferner tritt ein Abrieb der Bürsten an den einzelnen Kanten der Kommutatorlamellen auf, was zu einer Funkenbildung führt, die eine Zerstörung des Elektromotors und/oder der in dessen Umgebung angeordneten Bauteile bedingen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, anzugeben, bei der vorzugsweise eine Drehmomentwelligkeit reduziert ist, wobei zweckmäßigerweise eine elektrische Verschaltung vereinfacht ist, und wobei vorzugsweise eine elektromagnetische Verträglichkeit erhöht ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die elektrische Maschine ist beispielsweise ein Generator. Der Generator wird zum Beispiel in einem Windpark verwendet. In einer Alternative hierzu ist die elektrische Maschine ein Elektromotor, insbesondere ein Gleichstrommotor. Zweckmäßigerweise ist die elektrische Maschine ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und dient insbesondere dem Antrieb des Kraftfahrzeugs oder eines Verstellantriebs, wie insbesondere eines Ventilators oder Lüfters.
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Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf, der um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist. Der Rotor selbst umfasst einen elektrischen Leiter, der in die Axialrichtung verläuft. Die Axialrichtung ist hierbei parallel zur Rotationsachse. Der elektrische Leiter ist somit zumindest abschnittsweise parallel zur Rotationsachse. Insbesondere weist der elektrische Leiter an dessen Enden Anschlüsse auf, mittels derer eine Bestromung des elektrischen Leiters oder ein Abgriff eines elektrischen Stroms erfolgt. Insbesondere umfasst der elektrische Leiter freiendseitig eine Bürste, die bei Betrieb über einen rotationsfest gehaltenen Anschluss streicht, wie insbesondere eine Metallplatte oder ein Metallplättchen. Alternativ hierzu ist der Leiter mittels eines etwaigen Lagers, das der Lagerung des Rotors dient, mit einem rotationsfest gehaltenen Anschluss elektrisch kontaktiert. Hierbei sind den beiden Enden des Leiters unterschiedliche Anschlüsse zugeordnet. Der elektrische Leiter ist insbesondere aus einem Metall gefertigt, beispielsweise einem Aluminium, also insbesondere reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, was ein Gewicht und folglich eine Trägheit des Rotors reduziert. Alternativ hierzu ist der elektrische Leiter aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt, sodass der Rotor einen vergleichsweise geringen elektrischen Widerstand aufweist.
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Die elektrische Maschine weist ferner einen ersten Stator auf, der zylindrisch ausgestaltet ist. Insbesondere ist der erste Stator hohlzylindrisch ausgestaltet und/oder zweckmäßigerweise konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet. Mit anderen Worten bildet die Achse des zylindrischen bzw. hohlzylindrischen ersten Stators die Rotationsachse bzw. fällt mit dieser zusammen. Zusammenfassend verläuft der zylindrische erste Stator in Axialrichtung. Der erste Stator ist bezüglich der Rotationsachse in Radialrichtung magnetisiert. Mit anderen Worten weisen die Magnetfeldlinien des ersten Stators zur Rotationsachse oder von dieser weg. Mit nochmals anderen Worten ist der Nord- oder Südpol radial nach innen weisend oder nach außen weisend, insbesondere im Bereich einer Mantelfläche des (hohl-)zylindrischen ersten Stators.
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Beispielsweise wird das Magnetfeld des ersten Stators mittels Elektromagneten erstellt, insbesondere mittels elektrischer Spulen, die vorzugsweise gleichzeitig bestromt sind. Besonders bevorzugt jedoch ist der erste Stator permanenterregt, und beispielsweise aus einem Ferrit gefertigt. Alternativ hierzu umfasst der erste Stator ein Seltenes-Erd-Element, und ist beispielsweise aus NdFeB gefertigt. Insbesondere ist das mittels des ersten Stators erstellte Magnetfeld konstant, insbesondere zeitlich und/oder räumlich.
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Der Abstand des elektrischen Leiters zur Rotationsachse weicht vom Abstand des ersten Stators zur Rotationsachse ab. Insbesondere ist der Abstand des elektrischen Leiters zur Rotationsachse konstant. Mit anderen Worten ist auch bei einer Rotation des Rotors um die Rotationsachse der Abstand des elektrischen Leiters zur Rotationsachse stets gleich, lediglich die Winkelposition wird hierbei verändert. Besonders bevorzugt ist der Abstand des ersten Stators zur Rotationsachse konstant.
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Sofern die elektrische Maschine als Elektromotor verwendet wird, wird bei Beaufschlagung des elektrischen Leiters mit einem Gleichstrom folglich auf den elektrischen Leiter eine Lorenzkraft ausgeübt. Diese ist aufgrund des in Axialrichtung verlaufenden elektrischen Stroms und der in Radialrichtung verlaufenden Magnetfeldlinien bezüglich der Rotationsachse in tangentialer Richtung gerichtet. Die Stärke der Lorenzkraft ist im Wesentlichen unabhängig von der Winkellage des elektrischen Leiters bezüglich der Rotationsachse und des Stator. Infolgedessen ist bei einem konstanten elektrischen Stromfluss das mittels des Rotors aufgebrachte Drehmoment im Wesentlichen konstant, und weist folglich keine Welligkeit auf. Infolgedessen ist ein Rundlauf des Elektromotors gegeben, und eine Belastung von etwaigen mit dem Rotor gekoppelten Bauelementen verringert. Bei der Verwendung der elektrischen Maschine als Generator ist der in dem elektrischen Leiter hervorgerufene elektrische Strom im Wesentlichen konstant, also ein konstanter Gleichstrom, weswegen ein Gleichrichten mittels weiterer elektrischer und/oder elektrischer Bauteile nicht erforderlich ist, was zu einer Verlustleistung führen würde.
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Die elektrische Maschine kann über einen vergleichsweise großen Drehzahlbereich eingesetzt werden, da insbesondere eine elektrische und/oder mechanische Trägheit von etwaigen Schaltern aufgrund des im Wesentlichen konstanten Gleichstroms nicht berücksichtigt werden muss. Folglich ist die Dynamik der elektrischen Maschine erhöht. Auch ist aufgrund des Fehlens von Schaltvorgängen und des im Wesentlichen konstanten Gleichstroms durch den elektrischen Leiter eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erhöht.
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Vorzugsweise weist der erste Stator lediglich zwei Magnetpole auf, von denen einer zur Rotationsachse hin und der verbleibende von der Rotationsachse weg gerichtet ist. Hierbei ist der radial außen liegende von der Rotationsachse weg gerichtet, und der radial innen liegende zur Rotationsachse hin gerichtet. Beispielsweise ist der Nordpol radial zur Rotationsachse gerichtet, und der Südpol von dieser weg, wobei die radial äußere Begrenzung des ersten Stators mittels des Südpols und die radial innere Begrenzung des ersten Stators mittels des Nordpols gebildet wird, sofern der erste Stator hohlzylindrisch ausgestaltet ist.
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Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist der erste Stator rotationssymmetrisch ausgestaltet. Hierbei ist zweckmäßigerweise das mittels des ersten Stators erstellte Magnetfeld rotationssymmetrisch. Infolgedessen ist das auf den elektrischen Leiter wirkende Magnetfeld bzw. das den elektrischen Leiter durchsetzende Magnetfeld stets konstant, sodass der in dem elektrischen Leiter hervorgerufene elektrische Strom bzw. die auf den elektrischen Leiter wirkende Kraft stets konstant ist.
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Beispielsweise ist der Abstand des elektrischen Leiters zur Rotationsachse größer als der Abstand des ersten Stators zur Rotationsachse. Mit anderen Worten handelt es sich bei der elektrischen Maschine um einen Außenläufer. Besonders bevorzugt jedoch umgibt der erste Stator den Rotor umfangsseitig, weswegen der Abstand des elektrischen Leiters zur Rotationsachse kleiner als der Abstand des ersten Stators zur Rotationsachse ist. Mit anderen Worten handelt es sich um einen Innenläufer. Hierbei ist der erste Stator besonders bevorzugt hohlzylindrisch ausgestaltet. Infolgedessen wird der elektrische Leiter mittels des ersten Stators und/oder mittels eines etwaig vorhandenen Gehäuses vor elektrischen und/oder magnetischen Feldern abgeschirmt, was einen Gleichlauf verbessert.
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Besonders bevorzugt umfasst die elektrische Maschine einen zweiten Stator, der beispielsweise zylindrisch, vorzugsweise hohlzylindrisch, ausgestaltet ist, und der in Axialrichtung verläuft. Beispielsweise ist die Länge des ersten Stators gleich der Länge des zweiten Stators in Axialrichtung. Der erste Stator umgibt den zweiten Stator, und die beiden Statoren sind vorzugsweise konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet. Hierbei ist der elektrische Leiter, beispielsweise der vollständige Rotor, in Radialrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Stator angeordnet.
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Der zweite Stator selbst ist ebenfalls in Radialrichtung magnetisiert. Mit anderen Worten wird mittels des zweiten Stators ein Magnetfeld in Radialrichtung erstellt, beispielsweise mittels Elektromagneten. Besonders bevorzugt jedoch ist der zweite Stator permanenterregt, und beispielsweise aus einem Ferrit oder einem sonstigen ferromagnetischen Material gefertigt, wie beispielweise NdFeB. Zweckmäßigerweise ist der erste Stator aus dem gleichen Material gefertigt wie der zweite Stator. Aufgrund des zweiten Stators wird das den elektrischen Leiter durchsetzende Magnetfeld des ersten Stators verändert, weswegen eine Formung des Magnetfelds mittels der beiden Statoren zur Erzielung eines bestimmten Wirkungsgrads und/oder zur Erzielung einer bestimmten Wirkungsweise der elektrischen Maschine ermöglicht ist.
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Besonders bevorzugt ist die Polarität des ersten und des zweiten Stators gleich. Mit anderen Worten weist bei beiden Statoren entweder der Nordpol oder der Südpol radial nach außen, zumindest im jeweiligen Winkelbereich, also abschnittsweise. Auf diese Weise ist das zwischen den beiden Statoren vorhandene Magnetfeld im Wesentlichen konstant, und die Magnetfeldlinien sind ebenfalls in diesem Bereich im Wesentlichen radial nach außen bzw. nach innen gerichtet, was einerseits einen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine erhöht. Andererseits ist auf diese Weise das den elektrischen Leiter durchsetzende Magnetfeld im Wesentlichen vollständig konstant, weswegen eine Welligkeit innerhalb des Gleichstroms bzw. des Drehmoments praktisch ausgeschlossen ist.
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Besonders bevorzugt weist der zweite Stator lediglich zwei Magnetpole auf, von denen einer radial nach außen und der verbleibende radial nach innen weist. Hierbei weist zweckmäßigerweise der erste Stator ebenfalls lediglich die zwei Magnetpole auf, wobei bevorzugt jeweils unterschiedliche Magnetpole aufeinander zu weisen, sodass die Polarität der beiden Statoren gleich ist. Besonders bevorzugt ist der zweite Stator rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse, und vorzugsweise ist das mittels des zweiten Stators erstellte Magnetfeld ebenfalls rotationssymmetrisch. Somit ist das den elektrischen Leiter durchsetzende Magnetfeld konstant, unabhängig von dessen Winkellage.
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Vorzugsweise weist der erste Stator eine Anzahl an Magnetbögen auf und besteht besonders bevorzugt aus diesen. Die Magnetbögen sind selbst geeigneterweise gleichartig und bilden einen Bogen des zylindrischen bzw. hohlzylindrischen ersten Stators. Der Querschnitt jedes der Magnetbögen senkrecht zur Rotationsachse ist vorzugsweise bogenförmig oder kreissektorartig, und die einzelnen Bögen sind an deren Kanten zu dem ersten Stator zusammengesetzt. Aufgrund der Magnetbögen ist eine Herstellung der Bestandteile des ersten Stators sowie dessen Magnetisierung vereinfacht. Besonders bevorzugt weist der zweite Stator, sofern dieser vorhanden ist, ebenfalls eine Anzahl an Magnetbögen auf und besteht vorzugsweise aus diesen. Der Radius der Magnetbögen des zweiten Stators ist hierbei jedoch geringer als der Radius der Magnetbögen des ersten Stators.
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Beispielsweise umfasst der Rotor einen Hohlzylinder, der in Axialrichtung verläuft und elektrisch leitend ausgestaltet ist. Insbesondere ist der Hohlzylinder aus einem Metall gefertigt, wie einem Aluminium, also reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einem Kupfer, wie reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Hohlzylinder selbst umfasst den elektrischen Leiter und bildet diesen beispielsweise. Der Hohlzylinder ist vorzugsweise konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet. Vorzugsweise ist der Hohlzylinder mittels des ersten Stators umfangsseitig umgeben, und innerhalb des Hohlzylinders ist insbesondere der zweite Stator positioniert, sofern dieser vorhanden ist. Zwischen dem Rotor und den beiden Statoren ist hierbei zweckmäßigerweise ein Luftspalt gebildet. An den axialen Enden des Hohlzylinders ist vorzugsweise ein Anschluss vorgesehen, mit dem ein ortsfester Anschluss der elektrischen Maschine elektrisch kontaktiert ist. Beispielsweise ist auf diese Weise eine Elektronik der elektrischen Maschine elektrisch mit dem Rotor kontaktiert. Aufgrund des Hohlzylinders ist eine Unwucht vermieden. Auch ist eine Stromtragfähigkeit erhöht, was einen Wirkungsgrad erhöht.
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Beispielsweise weist der Hohlzylinder eine Anzahl an in Axialrichtung verlaufenden Schlitzen auf, zwischen denen somit jeweils Stege gebildet sind. Die Stege sind folglich mittels der Schlitze jeweils zueinander beabstandet. Zumindest einer der Stege bildet teilweise den elektrischen Leiter. Vorzugsweise bildet jeder der Stege einen elektrischen Leiter, weswegen der Rotor eine Anzahl von in Axialrichtung verlaufenden elektrischen Leitern umfasst. Mittels der Schlitze ist somit ein Stromfluss in tangentialer Richtung im Wesentlichen ausgeschlossen, was eine Ausbildung von etwaigen parasitären Wirbelströmen unterbindet.
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Vorzugsweise ist der Hohlzylinder drehsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse. Mit anderen Worten wird der Hohlzylinder bei einer Drehung der Rotationsachse um einen bestimmten Winkel auf sich selbst abgebildet. Der kleinste Winkel hierbei ist vorzugsweise der Winkel, der zwischen benachbarten Schlitzen gebildet ist, wobei der Scheitelpunkt des Winkels auf der Rotationsachse liegt. Auf diese Weise ist trotz der Schlitze eine Unwucht im Wesentlichen ausgeschlossen. Auch ist ein Stromfluss im Wesentlichen gleichmäßig.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine,
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2 vereinfacht perspektivisch die elektrische Maschine mit einem ersten und einem zweiten Stator,
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3 in einer Draufsicht den ersten und den zweiten Stator,
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4 gemäß 2 eine weitere Ausführungsform der elektrische Maschine, und
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5 vereinfacht perspektivisch einen Rotor der elektrischen Maschine gemäß 4.
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Einander entsprechenden Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 mit einer elektrischen Maschine 4 dargestellt. Die elektrische Maschine 4 ist ein Elektromotor und dient dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs 2, welches als Elektrofahrzeug ausgestaltet ist. Hierbei wird der Elektromotor 4 mittels Gleichstrom betrieben. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Elektromotor 4 um einen Gleichstrommotor. In einer Alternative ist die elektrische Maschine 4 ein Generator und wird beispielsweise innerhalb einer Windkraftanlage eingesetzt. Hierbei wird mittels des Generators Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt, wobei mittels des Generators ein Gleichstrom bereitgestellt wird. Die elektrische Maschine 4 weist beispielsweise keine Elektronik auf. Alternativ hierzu wird mittels der Elektronik lediglich eine Stromstärke, jedoch nicht eine Richtung eingestellt.
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In 2 ist perspektivisch schematisch vereinfacht die elektrische Maschine 4 dargestellt, die einen ersten Stator 6 umfasst, der hohlzylindrisch ausgestaltet ist und entlang einer Axialrichtung A verläuft. Der Mittelpunkt des ringförmigen Querschnitts des ersten Stators 6 senkrecht zur Axialrichtung A liegt auf einer Rotationsachse 8. Der bezüglich der Rotationsachse 8 rotationssymmetrische erste Stator 6 ist aus einem permanent magnetischen Material gefertigt, beispielsweise einem Ferrit oder NdFeB. Innerhalb des ersten Stators 6 ist ein zweiter Stator 10 angeordnet, der ebenfalls hohlzylindrisch ausgestaltet und konzentrisch zur Rotationsachse 8 ist. Der bezüglich der Rotationsachse 8 rotationssymmetrische zweite Stator 10 ist insbesondere aus dem gleichen Material gefertigt wie der erste Stator 6. Die Länge des ersten Stators 6 und des zweiten Stators 10 in Axialrichtung A ist gleich, und der Abstand zwischen dem ersten Stator 6 und dem zweiten Stator 8 ist konstant. Somit weist der zweite Stator 10 ebenfalls einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung A auf.
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Der erste Stator 6 weist an dessen radial außenseitigem Umfang einen Südpol 12 und an dessen Innenseite einen Nordpol 14 auf, wie in 3 dargestellt. Mit anderen Worten ist die äußere Oberfläche des rohrförmigen ersten Stators 6 mittels des Südpols 12 und die Innenseite des ersten Stators 6, die dem zweiten Stator 10 zugewandt ist, mittels des Nordpols 14 gebildet. Folglich weist der erste Stator 6 lediglich zwei Magnetpole auf, nämlich den radial äußeren Südpol 12 und den radial inneren Nordpol 14.
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Die radial äußere Oberfläche des rohrförmigen zweiten Stators 10 ist mittels eines Südpols 16 und die radiale Innenwand des rohrförmigen zweiten Stators 10 mittels eines Nordpols 18 gebildet. Somit weist auch der zweite Stator 10 lediglich zwei Magnetpole auf, nämlich den Südpol 16 und den Nordpol 18. Zusammenfassend sind sowohl der erste Stator 6 als auch der zweite Stator 10 in Radialrichtung R magnetisiert. Infolgedessen ist zwischen dem ersten Stator 6 und dem zweiten Stator 10 ein in Radialrichtung R verlaufendes im Wesentlichen konstantes Magnetfeld B gebildet, dessen Magnetfeldlinien senkrecht zur inneren Oberfläche des ersten Stators 6 und zur äußeren Oberfläche des zweiten Stators 10 verlaufen. Zusammenfassend ist das radial nach innen Magnetfeld B zwischen den beiden Statoren 6, 10 ist im Wesentlichen konstant, und die Polarität der beiden Statoren 6, 10 ist gleich. Das Magnetfeld B ist rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 8.
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Der erste Stator 6 und der zweite Stator 10 sind jeweils mittels vierer Magnetbögen 20 gebildet, die jeweils einen vorgegebenen Winkel von 90° aufweisen. Jeder Magnetbogen 20 weist einen bogenförmigen Querschnitt senkrecht in Axialrichtung A auf, wobei die Kanten der Magnetbögen 20 in tangentialer Richtung aneinander befestigt sind. Mit anderen Worten ist jeder der Statoren 6, 10 aus jeweils vier Magnetbögen 20 zusammengesetzt. Aufgrund der Magnetbögen 20 ist eine Erstellung und Magnetisierung der beiden Statoren 6, 10 vereinfacht.
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Die elektrische Maschine 4 weist ferner einen Rotor 22 mit einem elektrischen Leiter 24 auf, der mittels eines Kupferdrahts oder einer Kupferstange gebildet ist. Der elektrische Leiter 24 verläuft in Axialrichtung A und ist in Radialrichtung R zwischen dem ersten Stator 6 und dem zweiten Stator 10 angeordnet. Folglich umgibt der erste Stator 6 den elektrischen Leiter 24 umfangsseitig und somit auch den Rotor 22. Mit anderen Worten ist der Abstand des ersten Stators 6 zur Rotationsachse 8 größer als der Abstand des elektrischen Leiters 24 zur Rotationsachse 8.
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Der Rotor 22 und folglich auch der elektrische Leiter 24 sind mittels nicht näher dargestellter Lager drehbar um die Rotationsachse 8 gelagert. Mit den Freienden des elektrischen Leiters 24 sind nicht näher gezeigte Bürsten elektrisch kontaktiert, die bei einer Rotationsbewegung des Rotors 22 um die Rotationsachse 8 über jeweils eine zugeordnete Platte streichen, die rotationsfest an weiteren Bestandteilen der elektrischen Maschine 4 gehalten ist.
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Bei Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Anschlüssen des elektrischen Leiters 24 erfolgt ein Stromfluss durch den elektrischen Leiter 24 in Axialrichtung A, weswegen aufgrund des zwischen den beiden Statoren 6, 10 in Radialrichtung R verlaufenden Magnetfelds B eine tangentiale Kraft auf den elektrischen Leiter 24 wirkt, sodass der Rotor 22 in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 versetzt wird. Hierbei ist die Stärke der Kraft in tangentialer Richtung, also senkrecht sowohl zur Axialrichtung A als auch zur Radialrichtung R, stets konstant, weswegen das bei einem konstanten Stromfluss mittels des Rotors 22 aufgebrachte Drehmoment konstant ist. Sofern die elektrische Maschine 4 als Generator verwendet wird, wird ein glatter Gleichstrom, also ein Gleichstrom ohne signifikante Schwankungen bereitgestellt. Hierbei ist die elektrische Maschine 4, unabhängig von deren Verwendung, für einen vergleichsweise großen Drehzahlbereich einsetzbar und eine elektromagnetische Verträglichkeit ist aufgrund von fehlenden Schaltvorgängen erhöht.
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In 4 und 5 ist eine weitere Ausgestaltungsform der elektrischen Maschine 4 dargestellt, wobei der erste und der zweite Stator 6, 10 unverändert belassen ist. Lediglich der Rotor 22 ist abgewandelt und in 5 perspektivisch vereinfacht dargestellt. Der Rotor 22 weist einen in Axialrichtung A verlaufenden Hohlzylinder 26 auf, der aus einem Kupferblech erstellt ist. Der Hohlzylinder 26 ist konzentrisch zur Rotationsachse 8 und in Radialrichtung R zwischen dem ersten und dem zweiten Stator 6, 10 angeordnet. Der Hohlzylinder 26 ist drehbar um die Rotationsachse 8 gelagert und weist eine Anzahl von in Axialrichtung A verlaufender Schlitze 28 auf. Zwischen den Schlitzen 28 sind in Axialrichtung A verlaufende Stege 30 gebildet. Aufgrund der Schlitze 28 ist ein Stromfluss zwischen benachbarten Stegen 30 im Bereich der Schlitze 28 in tangentialer Richtung nicht möglich.
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Mittels jedes der Stege 28 ist jeweils ein elektrischer Leiter 24 gebildet, weswegen eine Stromtragfähigkeit des Rotors 22 im Vergleich zur vorhergehenden Ausführungsform erhöht ist. Der Hohlzylinder 26 ist drehsymmetrisch bezüglich der Rotationsachse 8, wobei der kleinste Winkel, der zu einer Abbildung des Hohlzylinders 26 auf sich selbst führt, dem Winkel zwischen benachbarten Schlitzen 28 entspricht. Folglich ist die Ausdehnung der Stege 30 in tangentialer Richtung gleich groß. Der Hohlzylinder 26 weist ferner nicht näher dargestellte Anschlüsse zur Kontaktierung des Rotors 22 mit nicht näher dargestellten drehfesten Anschlüssen auf. Auch bei dieser Ausgestaltungsform der elektrischen Maschine 4 wird bei einem Stromfluss in Axialrichtung A aufgrund des in Radialrichtung R zwischen dem ersten und zweiten Stator 6, 10 herrschenden Magnetfelds B eine Kraft in tangentialer Richtung auf den Rotor 22 ausgeübt und dieser folglich in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 8 versetzt. Bei einem Antrieb des Rotors 22 hingegen wird ein Stromfluss in axialer Richtung A durch die elektrischen Leiter 24 erstellt.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- elektrische Maschine
- 6
- erster Stator
- 8
- Rotationsachse
- 10
- zweiter Stator
- 12
- Südpol des ersten Stators
- 14
- Nordpol des ersten Stators
- 16
- Südpol des zweiten Stators
- 18
- Nordpol des zweiten Stators
- 20
- Magnetbogen
- 22
- Rotor
- 24
- elektrischer Leiter
- 26
- Hohlzylinder
- 28
- Schlitz
- 30
- Steg
- A
- Axialrichtung
- R
- Radialrichtung
- B
- Magnetfeld
