DE102017206982A1

DE102017206982A1 - Elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017206982A1
Application number: DE102017206982.1A
Authority: DE
Inventors: Darius Jedrzejewski
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31
Also published as: CN110546868A; PL432517A1; WO2018197272A1; CN110546868B; PL239374B1; US20200059144A1; US11418096B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), mit einem Stator (2), welcher wenigstens einen ersten Magneten (3) und wenigstens einen zweiten Magneten (4) aufweist, und mit einem mittels der Magneten (3, 4) antreibbaren Rotor (8), welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator (2) drehbar ist, wobei der erste Magnet (3) an einem ersten Ring (10a) und der zweite Magnet (4) an einem in axialer Richtung der elektrischen Maschine (1) auf den ersten Ring (10a) folgenden zweiten Ring (10b) gehalten ist, welcher zusammen mit dem zweiten Magneten (4) um die Drehachse relativ zu dem ersten Ring (10a) und dem ersten Magneten (3) drehbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits der DE 10 2013 112 625 A1 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Maschine weist einen Stator auf, welcher wenigstens einen ersten Magneten und wenigstens einen zweiten Magneten umfasst. Außerdem umfasst die elektrische Maschine einen Rotor, welcher mittels des Stators, insbesondere mittels der Magneten, antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen, umfasst einen Stator, welcher wenigstens einen ersten Magneten und wenigstens einen zweiten Magneten aufweist. Außerdem umfasst die elektrische Maschine einen um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbaren Rotor, welcher mittels des Stators, insbesondere mittels der Magneten, antreibbar und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist.
Um einen besonders vorteilhaften und insbesondere bedarfsgerechten Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Magnet an einem ersten Ring und der zweite Magnet an einem zweiten Ring gehalten ist. Dabei folgt der zweite Ring in axialer Richtung der elektrischen Maschine auf den ersten Ring. Mit anderen Worten sind die Ringe in axialer Richtung der elektrischen Maschine und somit entlang der Drehachse hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet. Somit sind beispielsweise auch die Magneten in axialer Richtung der elektrischen Maschine hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet. Dabei ist der zweite Ring zusammen mit dem zweiten Magneten um die Drehachse relativ zu dem ersten Ring und dem ersten Magneten drehbar. Mit anderen Worten sind die Ringe um die Drehachse relativ zueinander verdrehbar, sodass - da die Magneten an den Ringen gehalten beziehungsweise befestigt sind - die Magneten um die Drehachse relativ zueinander verdrehbar sind. Dadurch kann beispielsweise ein in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine verlaufender Abstand zwischen den Magneten bedarfsgerecht eingestellt werden, sodass ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter und effektiver sowie bedarfsgerechter Betrieb der elektrischen Maschine darstellbar ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Magneten relativ zueinander in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine bedarfsgerecht positionierbar, wodurch sich beispielsweise ein durch die Magneten bewirkbares Magnetfeld, insbesondere dessen Verlauf, besonders bedarfsgerecht beeinflussen lässt. In der Folge kann ein vorteilhafter und effizienter sowie effektiver Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden.
Vorzugsweise umfasst die elektrische Maschine eine Stelleinrichtung, mittels welcher die Ringe und somit die Magneten um die Drehachse relativ zueinander verdrehbar sind. Dabei ist vorzugsweise die Stelleinrichtung als elektrisch betreibbare Stelleinrichtung ausgebildet. Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest einer der Ringe um die Drehachse relativ zu dem Rotor und/oder relativ zu einem Gehäuse, in welchem der Stator und der Rotor jeweils zumindest teilweise aufgenommen sind, drehbar ist, während beispielsweise der andere Ring relativ zu dem Gehäuse drehfest ist und somit nicht um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht werden kann. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn beide Ringe um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Rotor drehbar sind, wodurch die Magneten hinsichtlich ihrer Position besonders bedarfsgerecht verstellt werden können.
Dabei umfasst beispielsweise die Stelleinrichtung ein erstes Stellelement, mittels welchem der erste Ring um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Ferner umfasst die Stelleinrichtung vorzugsweise ein zweites Stellelement, mittels welchem beispielsweise der zweite Ring um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als Innenläufermaschine ausgebildet, sodass der Rotor zumindest teilweise in dem Stator angeordnet ist. Somit überdeckt beispielsweise der Stator zumindest einen Längenbereich des Rotors in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen hin, sodass die Magneten beispielsweise als Außenmagneten ausgebildet sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Magneten als jeweilige Elektromagneten ausgebildet, wodurch sich ein besonders vorteilhafter und insbesondere bedarfsgerechter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt. Insbesondere ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist. In dem Motorbetrieb stellt die elektrische Maschine über den Rotor Drehmomente bereit, mittels welchen beispielsweise wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine beispielsweise in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben werden. Im Generatorbetrieb wird der Rotor, beispielsweise mittels kinetischer Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs, angetrieben, sodass mittels des Generators kinetische beziehungsweise mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, die von dem Generator bereitgestellt wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Elektromagneten einzeln beziehungsweise separat elektrisch ansteuerbar sind. Somit ist es beispielsweise möglich, dass die Elektromagneten unabhängig voneinander und/oder voneinander unterschiedlich angesteuert werden, sodass beispielsweise an einen der Elektromagneten eine erste elektrische Spannung und an den anderen Elektromagneten eine von der ersten elektrischen Spannung unterschiedliche, zweite elektrische Spannung angelegt wird und/oder sodass elektrischer Strom mit einer ersten Stromstärke durch einen ersten der Elektromagneten fließt, während elektrischer Strom mit einer von der ersten Stromstärke unterschiedlichen zweiten Stromstärke durch den zweiten Elektromagneten fließt. Dabei sind vorzugsweise die elektrischen Spannungen von 0 unterschiedlich und/oder die Stromstärken sind von 0 unterschiedlich. Insbesondere ist es denkbar, dass eine der elektrischen Spannungen beziehungsweise eine der Stromstärken von 0 unterschiedlich ist, während beispielsweise die andere elektrische Spannung beziehungsweise die andere Stromstärke 0 beträgt. Durch die Möglichkeit, die Magneten bedarfsgerecht zu positionieren sowie bedarfsgerecht beziehungsweise unterschiedlich elektrisch anzusteuern, ist eine besonders vorteilhafte Drehzahleinstellung, insbesondere Drehzahlsteuerung, des Rotors durch die beispielsweise als Außenmagneten ausgebildeten Magneten möglich. Insbesondere lässt sich eine intelligente Steuerung der Magneten und deren Felder realisieren. Bei dem jeweiligen Feld handelt es sich beispielsweise um ein durch den jeweiligen Magneten bewirktes Magnetfeld, dessen Fluss bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Dabei können die Anzahl der Magneten und deren Größe variabel sein und bedarfsgerecht eingestellt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die elektrische Maschine wenigstens einen ersten Betriebszustand auf, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten mit Wechselstrom erfolgt. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Maschine wenigstens einen zweiten Betriebszustand aufweist, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten mit Gleichstrom erfolgt. Insbesondere ist es denkbar, dass der Gleichstrom die Elektromagneten in dem zweiten Betriebszustand in einer ersten Richtung durchströmt. Ferner ist ein dritter Betriebszustand denkbar, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten mit Gleichstrom erfolgt, wobei in einem dritten Betriebszustand der Gleichstrom die Elektromagneten in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung durchströmt. Insgesamt kann dadurch beispielsweise eine besonders schnelle und vorteilhafte Beschleunigung des Rotors realisiert werden. Außerdem kann der Rotor durch entsprechendes elektrisches Ansteuern der Magneten besonders schnell und bedarfsgerecht sowie gezielt abgebremst werden, um beispielsweise in der Folge das Kraftfahrzeug insgesamt vorteilhaft abbremsen zu können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an dem ersten Ring mehrere erste Magneten gehalten, wobei an dem zweiten Ring mehrere zweite Magneten gehalten sind. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter, effektiver und effizienter Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn mindestens drei an dem ersten Ring gehaltene erste Magneten und mindestens drei an dem zweiten Ring gehaltene zweite Magneten vorgesehen sind, wobei die ersten Magneten und/oder die zweiten Magneten in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die ersten beziehungsweise zweiten Magneten in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings paarweise den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Sind beispielsweise an dem jeweiligen Ring genau drei Magneten gehalten, so weisen die Magneten paarweise einen in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings verlaufenden Abstand von jeweils 120 Grad auf. Mit anderen Worten sind die Magneten beispielsweise in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings um 120 Grad versetzt zueinander angeordnet, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb dargestellt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rotor wenigstens eine um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbare Welle und eine zumindest mittelbar mit der Welle verbundene und mit der Welle mitdrehbare Spule, welche mit elektrischem Strom versorgbar ist. Beispielsweise ist die Spule zumindest mittelbar drehfest mit der Welle verbunden. Insbesondere ist es denkbar, dass der Rotor wenigstens einen Träger aufweist, welcher auch als Trägerelement bezeichnet wird. Der Träger ist beispielsweise drehfest mit der Welle verbunden und somit mit der Welle um die Drehachse mitdrehbar. Dabei ist die Spule beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Träger gehalten. Dabei ist die Spule beispielsweise um zumindest einen Teilbereich des Trägers gewickelt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Rotor an dem Stator über wenigstens eine Wälzlagereinrichtung drehbar gelagert ist. Die Wälzlagereinrichtung weist eine erste Wälzkörperreihe auf, welche einen ersten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden ersten Wälzkörpern, einen in axialer Richtung der Welle auf den ersten Wälzkörperring folgenden zweiten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden zweiten Wälzkörpern und ein erstes Lagerringelement aufweist. Das erste Lagerringelement bildet eine erste Laufbahn für die ersten Wälzkörper und eine zweite Laufbahn für die zweiten Wälzkörper. Dies bedeutet, dass die an sich separat voneinander ausgebildeten und in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden Wälzkörper an der jeweils zugehörigen Laufbahn abrollen beziehungsweise abwälzen können.
Die Wälzlagereinrichtung umfasst darüber hinaus eine zweite Wälzkörperreihe, welche einen den ersten Wälzkörperring in radialer Richtung der Welle nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden dritten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden dritten Wälzkörpern, einen in axialer Richtung der Welle auf den dritten Wälzkörperring folgenden und den zweiten Wälzkörperring in radialer Richtung der Welle nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden vierten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden vierten Wälzkörpern und einen in radialer Richtung der Welle zwischen dem ersten Lagerringelement und den dritten Wälzkörpern und zwischen dem ersten Lagerringelement und den vierten Wälzkörpern angeordnetes zweites Lagerringelement aufweist. Das zweite Lagerringelement bildet eine dritte Laufbahn für die dritten Wälzkörper und eine vierte Laufbahn für die vierten Wälzkörper. Somit können die in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten dritten Wälzkörper an der dritten Laufbahn abwälzen, und die in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden und separat voneinander ausgebildeten vierten Wälzkörper können an der vierten Laufbahn abwälzen, insbesondere wenn die Welle beziehungsweise der Rotor insgesamt um die Drehachse relativ zu dem Rotor gedreht wird.
Die Wälzlagereinrichtung umfasst dabei ferner wenigstens ein in radialer Richtung zwischen den Wälzkörperreihen, insbesondere zwischen den Lagerringelementen, angeordnetes Isolationselement, mittels welchem die Wälzkörperreihen elektrisch voneinander isoliert sind. Mit anderen Worten ist die erste Wälzkörperreihe mittels des Isolationselements elektrisch von der zweiten Wälzkörperreihe elektrisch isoliert. Außerdem erfolgt in wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine die Versorgung der auch als Wicklung bezeichneten Spule mit elektrischem Strom derart, dass der elektrische Strom über eine der Wälzkörperreihen zu der Spule hinfließt und über die andere Wälzkörperreihe von der Spule abfließt.
Der elektrische Strom, mit welchem die Spule versorgt wird, wird beispielsweise von einer Energie- beziehungsweise Stromquelle bereitgestellt. Der von der Stromquelle bereitgestellte elektrische Strom fließt beispielsweise in dem genannten Betriebszustand von der Stromquelle über die eine Wälzkörperreihe zu der Spule hin und durch die Spule hindurch. Daran anschließend strömt beispielsweise der elektrische Strom von der Spule ab und dabei von der Spule über die andere Wälzkörperreihe zu der Stromquelle beziehungsweise zur Masse der elektrischen Maschinen, wodurch beispielsweise ein Stromkreis geschlossen ist. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass der elektrische Strom beispielsweise der Spule über den zuvor genannten Träger zugeführt wird und/oder dass der elektrische Strom von der Spule über den Träger abfließt.
Durch diese Versorgung der Spule mit dem elektrischen Strom kann eine besonders einfache, bauraum- und gewichtsgünstige sowie effiziente und effektive Stromversorgung gewährleistet werden, sodass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt.
Um die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom auf besonders vorteilhafte Weise zu realisieren und in der Folge einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der erste Wälzkörperring und der dritte Wälzkörperring in einem ersten Längenbereich der Wälzlagereinrichtung angeordnet sind, wobei der erste Längenbereich in radialer Richtung nach außen hin überdeckungsfrei zu der Spule und/oder zu dem drehfest mit der Welle verbundenen Träger, an welchem die Spule gehalten ist, angeordnet ist. Somit sind der erste Wälzkörperring und der dritte Wälzkörperring in radialer Richtung nach außen hin nicht durch die Spule beziehungsweise nicht durch den Träger überdeckt.
Der zweite Wälzkörperring und der vierte Wälzkörperring sind dabei beispielsweise in einem in axialer Richtung der Welle auf den ersten Längenbereich folgenden zweiten Längenbereich der Wälzlagereinrichtung angeordnet, wobei der zweite Längenbereich in radialer Richtung nach außen hin durch die Spule und/oder durch den Träger überdeckt ist.
Um eine besonders vorteilhafte Stromversorgung zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Rotor an dem Stator über wenigstens eine in axialer Richtung der Welle auf die Wälzlagereinrichtung folgende und von der Wälzlagereinrichtung beabstandete zweite Wälzlagereinrichtung drehbar gelagert ist. Die zweite Wälzlagereinrichtung weist eine dritte Wälzkörperreihe auf, die einen fünften Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden fünften Wälzköpern aufweist, wobei in dem wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die dritte Wälzkörperreihe zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in dem wenigstens einen Betriebszustand der elektrischen Maschine die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die Welle zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt. Somit wird auch zumindest ein Längenbereich der Welle genutzt, um die Spule mit dem elektrischen Strom zu versorgen, sodass die Teileanzahl, das Gewicht und der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden können. In der Folge kann ein besonders vorteilhafter und insbesondere effektiver und effizienter Betrieb der elektrischen Maschine dargestellt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem Stator und mit einem um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbaren Rotor, wobei der Stator eine Mehrzahl von in axialer Richtung der elektrischen Maschine aufeinanderfolgenden Ringen aufweist, an denen jeweils mehrere Magneten gehalten sind, und wobei die Ringe mit den jeweiligen Magneten relativ zueinander um die Drehachse verdrehbar sind;
2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht der elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung eines Multisteuerungstableaus für die als Außenmagneten ausgebildeten Magneten der elektrischen Maschine;
4 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform;
5 eine weitere schematische Perspektivansicht der elektrischen Maschine;
6 eine schematische Seitenansicht der elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
7 eine schematische Seitenansicht der elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform;
8 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform;
9 eine schematische Perspektivansicht einer Wälzlagerung der elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform; und
10 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Wälzlagerung, welche für die elektrische Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform und gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine erste Ausführungsform einer im Ganzen mit 1 bezeichnete elektrische Maschine, welche beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, verwendet werden kann. Insbesondere ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 1 als Traktionsmaschine verwendet werden kann, mittels welcher wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs und somit insbesondere das Kraftfahrzeug insgesamt elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu ist beispielsweise die elektrische Maschine 1 in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 1 in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben werden kann.
Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 auf. Der Stator 2 umfasst eine Mehrzahl von ersten Magneten 3, eine Mehrzahl von zweiten Magneten 4, eine Mehrzahl von dritten Magneten 5, eine Mehrzahl von vierten Magneten 6 und eine Mehrzahl von fünften Magneten 7. Außerdem umfasst die elektrische Maschine 1 einen besonders gut aus 2 erkennbaren Rotor 8, welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator 2 drehbar ist. Dabei ist der Rotor 8 mittels der Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 und somit mittels des Stators 2 antreibbar und dadurch um die Drehachse drehbar. In Zusammenschau mit 5 ist erkennbar, dass der Stator 2 und der Rotor 8 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in einem auch als Mantel bezeichneten Gehäuse 9 aufgenommen sind, sodass der Stator 2 und der Rotor 8 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 1 nach außen hin jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Gehäuse 9 überdeckt sind. Dabei ist der Rotor 8 um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 9 drehbar.
Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere bedarfsgerechten Betrieb der elektrischen Maschine 1 realisieren zu können, umfasst der Rotor 8 eine Mehrzahl von in axialer Richtung aufeinanderfolgenden beziehungsweise hintereinander angeordneten Ringen 10a-e, wobei der Ring 10a den ersten Magneten 3, der Ring 10b den zweiten Magneten 4, der Ring 10c den dritten Magneten 5, der Ring 10d den vierten Magneten 6 und der Ring 10e den fünften Magneten 7 zugeordnet ist. Dabei sind die Magneten 3 an dem ersten Ring 10a gehalten beziehungsweise befestigt, während die Magneten 4 an dem Ring 10b, die Magneten 5 an dem Ring 10c, die Magneten 6 an dem Ring 10d und die Magneten 7 an dem Ring 10e gehalten beziehungsweise befestigt sind. Dabei ist der jeweilige Ring 10a-e mit den jeweiligen, an dem jeweiligen Ring 10a-e gehaltenen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 9 drehbar, sodass die Ringe 10a-e mit den Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 um die Drehachse relativ zueinander um die Drehachse verdrehbar sind.
Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass die jeweiligen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 radial angeordnet, das heißt in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-e aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet und dabei voneinander beabstandet sind. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweiligen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-e gleichmäßig verteilt angeordnet sind, sodass die Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 in um die Drehachse umlaufender Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-d paarweise den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Beträgt beispielsweise die Anzahl der Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 genau drei, so sind die jeweiligen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 beispielsweise in einem Winkel von 120 Grad zueinander angeordnet, insbesondere in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-e, sodass alle drei Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 denselben Abstand zueinander haben. Die zuvor genannte Umfangsrichtung fällt dabei mit einer Drehrichtung zusammen, in die sich der Rotor 8 relativ zu dem Stator 2 während wenigstens eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 dreht.
Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 als jeweilige Elektromagneten ausgebildet und dabei einzeln beziehungsweise separat elektrisch ansteuerbar sind. Mit anderen Worten können die Elektromagneten beispielsweise als Block oder einzeln versetzt angeordnet und einzeln elektrisch angesteuert werden, sodass ein besonders bedarfsgerechter Betrieb der elektrischen Maschine 1 darstellbar ist. Insbesondere ist es denkbar, zumindest die an einem der Ringe 10a-e gehaltenen Elektromagneten mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu versorgen, während zumindest die an einem anderen der Ringe 10a-e gehaltenen Elektromagneten nicht mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt werden. Mit anderen Worten ist es somit denkbar, zumindest einen der Elektromagneten mit elektrischer Energie zu versorgen, während zumindest ein anderer der Elektromagneten abgeschaltet ist und demzufolge nicht mit elektrischer Energie versorgt wird. Hierdurch kann beispielsweise ein besonders schnelles Anfahren realisiert werden, sodass der Rotor 8 besonders schnell auf eine besonders hohe Drehzahl gebracht werden kann. Weist der Rotor 8 die Drehzahl auf, so kann dann ein besonders effizienter Betrieb der elektrischen Maschine 1 realisiert werden, wobei der Rotor 8 auf der genannten Drehzahl energiegünstig gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist jedem Elektromagneten eine eigene Stromquelle zugeordnet, sodass jeder der Elektromagneten einzeln oder aber als Block mit anderen Elektromagneten ansteuerbar ist.
Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass die Verdrehbarkeit des jeweiligen Rings 10a-e beispielsweise dadurch realisiert ist, dass der jeweilige Ring 10a-e eine vorzugsweise als Außenverzahnung ausgebildete Verzahnung 11a-e aufweist. Dabei ist beispielsweise je Verzahnung 11a-e ein Zahnrad 12a-e vorgesehen, wobei das jeweilige Zahnrad 12a-e mit der jeweils zugehörigen Verzahnung 11a-e kämmt. Bei der ersten Ausführungsform sind je Verzahnung 11a-e und somit je Ring 10a-e drei Zahnräder 12a-e vorgesehen. Das jeweilige Zahnrad 12a-e ist um eine auch als Nebendrehachse bezeichnete zweite Drehachse, insbesondere relativ zu dem Gehäuse 9, drehbar, wobei die Nebendrehachse in radialer Richtung der elektrischen Maschine 1 von der ersten, auch als Hauptdrehachse bezeichneten Drehachse beabstandet beziehungsweise desachsiert ist. Wird das jeweilige Zahnrad 12a-e um die Nebendrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 gedreht, so wird dadurch, dass das jeweilige Zahnrad 12a-e mit der jeweils zugehörigen Verzahnung 11a-e kämmt, der jeweilige Ring 10a-e um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 verdreht.
Beispielsweise ist eine in den Fig. nicht dargestellte, insbesondere elektrisch betreibbare Stelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher beispielsweise die Zahnräder 12a-e jeweils einzeln beziehungsweise separat oder unabhängig voneinander gedreht werden können. Somit ist es beispielsweise denkbar, dass die Zahnräder 12a-e um die jeweilige Nebendrehachse relativ zueinander gedreht werden können. Hierdurch kann beispielsweise zumindest einer der Ringe 10a-e um die Hauptdrehachse gedreht werden, während zumindest ein anderer der Ringe 10a-e nicht um die Hauptdrehachse gedreht wird.
Aus 1 ist erkennbar, dass ein Gestell 13 vorgesehen ist, welches Lagerscheiben 14 umfasst. Die Lagerscheiben 14 sind in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 voneinander beabstandet angeordnet und über Lagerachsen 15 des Gestells 13 miteinander verbunden. Dabei sind die Zahnräder 12a-e drehbar auf den Lagerachsen 15 gelagert und können somit um die jeweilige Nebendrehachse relativ zur jeweiligen Lagerachse 15 gedreht werden. Aus 5 ist erkennbar, dass vorzugsweise die Lagerachsen 15 und die Zahnräder 12a-e in dem Gehäuse 9 angeordnet und demzufolge in radialer Richtung nach außen hin durch das Gehäuse 9 überdeckt sind.
Außerdem ist aus 1 und 5 besonders gut erkennbar, dass die elektrische Maschine 1 als Innenläufermaschine ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Rotor 8 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, in dem Stator 2 angeordnet ist, sodass der Rotor 8 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 1 nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Stator 2 überdeckt ist. Somit sind die Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 als Außenmagneten ausgebildet. Durch diese Außenmagneten, insbesondere durch die Möglichkeit, die Außenmagneten einzeln elektrisch anzusteuern sowie um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 und relativ zueinander zu verdrehen, kann die Drehzahl des Rotors 8 besonders vorteilhaft eingestellt, insbesondere gesteuert oder geregelt, werden. Insbesondere ist eine Pulssteuerung möglich. Vorzugsweise werden mehrere Stromquellen verwendet, um jeden Außenmagneten einzeln mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder mit wenigstens einem jeweiligen Halbleiter stromsteuerbar zu verbinden beziehungsweise eine Impulssteuerung zu realisieren.
Beispielsweise bei einem Anlauf der elektrischen Maschine 1, deren Anlauf auch als Motoranlauf bezeichnet wird, sind die Außenmagneten beispielsweise chronologisch beziehungsweise gleichmäßig um den Rotor 8 verteilt, um eine möglichst große Kraft beziehungsweise ein möglichst großes Drehmoment zum Anfahren und insbesondere Beschleunigen des Rotors 8 realisieren zu können. Danach werden die Außenmagneten beispielsweise in ihrer Position verstellt, sodass beispielsweise die Außenmagneten eine senkrechte beziehungsweise parallel zur axialen Richtung beziehungsweise zur Hauptdrehachse verlaufende Reihe bilden. Durch die Variabilität der Außenmagneten insbesondere hinsichtlich ihrer Positionierung in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine sowie hinsichtlich ihrer Versorgung mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ist eine Vielzahl an unterschiedlichen, mechanischen Magnetkonstellationen und Magnetpositionen realisierbar, sodass die Außenmagneten beispielsweise derart angeordnet werden, dass sie parallel zur Drehachse verlaufende Reihen oder demgegenüber versetzte Anordnungen bilden. Auch die Größe und Anzahl der Außenmagneten ist variabel und zumindest nahezu nicht begrenzt.
Mittels der Magneten 3, 4, 5, 6 und 7, insbesondere durch Versorgen der Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 mit elektrischer Energie, stellen die Außenmagneten jeweilige magnetische Felder bereit, deren jeweiliger Fluss durch Verdrehen der Ringe 10a-e bedarfsgerecht beeinflusst werden kann.
Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass der Rotor 8 eine Welle 16 und einen Träger 17 umfasst, welcher auch als Trägerelement oder Flügel bezeichnet wird. Der Träger 17 ist, insbesondere über ein Verzahnungselement 46, drehfest mit der Welle 16 verbunden, sodass der Träger 17 mit der Welle 16 um die Hauptdrehachse mitdrehbar ist. Das Verzahnungselement 46 ist beispielsweise drehfest mit der Welle 16 verbunden, wobei das Verzahnungselement 46 einstückig mit der Welle 16 ausgebildet sein kann. Ferner wirkt beispielsweise der Träger 17 formschlüssig mit dem Verzahnungselement 46 zusammen, sodass der Träger 17 über das Verzahnungselement 46 drehfest mit der Welle 16 verbunden ist. Außerdem weist der Rotor 8 wenigstens eine in den Fig. nicht erkennbare Spule auf, welche mit elektrischem Strom beziehungsweise elektrischer Energie versorgbar ist. Durch Versorgen der Spule mit elektrischer Energie fließt elektrischer Strom durch die Spule. Die Spule ist dabei zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Träger 17 gehalten und somit über den Träger 17, insbesondere drehfest, mit der Welle 16 verbunden, sodass die Spule mit der Welle 16 um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 mitdrehbar ist. Insbesondere ist die Spule um wenigstens einen Längenbereich des Trägers 17 gewickelt und dadurch an dem Träger 17 gehalten, sodass die Spule mit dem Träger 17 um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 mitdrehbar ist.
3 zeigt ein Multisteuerungstableau für die Außenmagneten. Anhand von 4 wird im Folgenden die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom erläutert. Die Spule und der Träger 17 sind beziehungsweise bilden beispielsweise einen Kern der elektrischen Maschine 1. Insbesondere bilden der Träger 17 und die Spule einen zweiten Elektromagneten, der - da die elektrische Maschine 1 als Innenläufermaschine ausgebildet ist - einen Innenmagneten bildet und - insbesondere durch Versorgen des zweiten Elektromagneten mit elektrischer Energie - wenigstens ein zweites Magnetfeld bereitstellt. Somit sind beispielsweise wenigstens zwei Spannungs- beziehungsweise Stromquellen vorgesehen, wobei mittels einer ersten der Spannungs- beziehungsweise Stromquellen die Außenmagneten und mittels der zweiten Spannungs- beziehungsweise Stromquelle der Innenmagnet mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt werden. kann Die Außenmagneten und der Innenmagnet stellen somit jeweilige, insbesondere wenigstens zwei, magnetische Felder bereit, wobei durch die Einwirkung beider Felder, insbesondere durch Spannung und magnetisches Feld, die Drehzahl des Rotors 8 bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
Das auch als Mantel oder Ummantelung bezeichnete Gehäuse 9 ist beispielsweise aus Ebonit und/oder Hartgummi gebildet. Weitere Materialien für die Ummantelung sind beispielsweise Glas oder Holz.
Aus 4 ist erkennbar, dass der Rotor 8 über eine im Ganzen mit 18 bezeichnete Wälzlagerung drehbar an dem Stator 2, insbesondere an den Lagerscheiben 14, gelagert ist. Die Wälzlagerung 18 umfasst eine erste Wälzlagereinrichtung 19, welche eine erste Wälzkörperreihe 20 aufweist. Die erste Wälzkörperreihe 20 umfasst einen ersten Wälzkörperring 21 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16 aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten ersten Wälzkörpern 22, welche beispielsweise als Kugeln ausgebildet sind. Außerdem umfasst die erste Wälzkörperreihe 20 einen in axialer Richtung der Welle 16 auf den ersten Wälzkörperring 21 folgenden zweiten Wälzkörperring 23 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16 aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten zweiten Wälzkörpern 24, welche beispielsweise als Kugeln ausgebildet sind. Außerdem weist die erste Wälzkörperreihe 20 ein erstes Lagerringelement 25 auf, welches eine erste Laufbahn 26 für die ersten Wälzkörper 22 und eine zweite Laufbahn 27 für die zweiten Wälzkörper 24 bildet. Das Lagerringelement 25 ist beispielsweise ein Innenring beziehungsweise ein Lagerinnenring.
Die erste Wälzlagereinrichtung 19 umfasst außerdem eine zweite Wälzkörperreihe 28, welche einen den ersten Wälzkörperring 21 in radialer Richtung der Welle 16 nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckenden dritten Wälzkörperring 29 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden dritten Wälzkörpern 30 aufweist, welche beispielsweise als Kugeln ausgebildet sind. Außerdem weist die zweite Wälzkörperreihe 28 eine in axialer Richtung der Welle 16 auf den dritten Wälzkörperring 29 folgenden und den zweiten Wälzkörperring 23 in radialer Richtung der Welle 16 nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckenden vierten Wälzkörperring 31 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16 aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten vierten Wälzkörpern 32 auf. Außerdem umfasst die zweite Wälzkörperreihe 28 ein in radialer Richtung der Welle 16 zwischen dem ersten Lagerringelement 25 und den dritten Wälzkörpern 30 sowie zwischen dem ersten Lagerringelement 25 und den vierten Wälzkörpern 32 angeordnetes zweites Lagerringelement 33, welches eine dritte Laufbahn 34 für die dritten Wälzkörper 30 und eine vierte Laufbahn 35 für die vierten Wälzkörper 32 bilden. Beispielsweise ist das Lagerringelement 33 als Außenring ausgebildet. Die Laufbahnen 26 und 27 beziehungsweise 34 und 35 sind beispielsweise durch separat voneinander ausgebildete und in axialer Richtung aufeinanderfolgende sowie beispielsweise voneinander beabstandete Ringelemente oder aber durch ein einstückiges Ringelement gebildet.
Außerdem umfasst die erste Wälzlagereinrichtung 19 wenigstens ein in radialer Richtung zwischen den Wälzkörperreihen 20 und 28, insbesondere zwischen den Lagerringelementen 25 und 33, angeordnetes Isolationselement 36, mittels welchen die Wälzkörperreihen 20 und 28, insbesondere die Lagerringelemente 25 und 33, elektrisch voneinander isoliert sind.
In wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine 1 erfolgt die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart, dass der elektrische Strom beispielsweise über die Wälzkörperreihe 20, insbesondere über das Lagerringelement 25 und die Wälzkörper 24, zu der Spule hin fließt und über die Wälzkörperreihe 28, insbesondere über die Wälzkörper 32 und das Lagerringelement 33, von der Spule abfließt. Somit ist beispielsweise die Wälzkörperreihe 20 mit einem elektrischen Pluspol und die Wälzkörperreihe 28 mit einem elektrischen Minuspol beziehungsweise mit einer Masse der elektrischen Maschine 1 verbunden. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass in dem wenigstens einen Betriebszustand, welcher auch als erster Betriebszustand bezeichnet wird, der elektrische Strom von der Wälzkörperreihe 20 zu dem und insbesondere durch den Träger 17 und über diesen zu der Spule fließt. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Träger 17 elektrisch von der Welle 16 isoliert ist. Insbesondere ist eine elektrische Isolationsschicht in radialer Richtung zwischen dem Träger 17 und dem Verzahnungselement 46 angeordnet, sodass der Träger 17 elektrisch von dem Verzahnungselement 46 und somit von der Welle 16 isoliert ist.
Der elektrische Strom kann dann durch die Spule fließen und strömt beispielsweise von der Spule über die Welle 16 zu der Wälzkörperreihe 28 und von der Wälzkörperreihe 28 zu dem Minuspol beziehungsweise zu der Masse. Hierzu ist beispielsweise bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass die Wälzlagerung 18 eine zweite Wälzlagereinrichtung 37 aufweist, über die der Rotor 8 drehbar an dem Stator 2, insbesondere an den Lagerscheiben 14, gelagert ist. Die zweite Wälzlagereinrichtung 37 ist dabei in axialer Richtung der Welle 16 von der ersten Wälzlagereinrichtung 19 beabstandet und weist eine dritte Wälzkörperreihe 38 auf, welche einen fünften Wälzkörperring 39 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16 aufeinanderfolgenden und einen separat voneinander ausgebildeten fünften Wälzkörper 40 aufweist. Dann erfolgt in dem ersten Betriebszustand die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart, dass der elektrische Strom über die dritte Wälzkörperreihe 38 beziehungsweise den fünften Wälzkörperring 39 von der Spule abfließt. Dabei fließt der elektrische Strom von der Spule zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 38 beziehungsweise den Wälzkörperring 39 und von diesem über die Welle 16 zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 28 und von dieser zu dem Minuspol beziehungsweise zu der Masse.
Alternativ oder zusätzlich weist die elektrische Maschine 1 wenigstens einen zweiten Betriebszustand auf, in welchem die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand umgekehrt erfolgt. Hierbei fließt beispielsweise der elektrische Strom, insbesondere von der Stromquelle, zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 28 und von der Wälzkörperreihe 28 zu der und insbesondere durch die Welle 16. Von der Welle 16 fließt dann der elektrische Strom zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 38 beziehungsweise zu dem und insbesondere durch den Wälzkörperring 39, von dem dann der elektrische Strom, insbesondere beispielsweise über den Träger 17, zu der und insbesondere durch die Spule strömt. Der elektrische Strom fließt dann durch die Spule und von der Spule zu der und durch die Wälzkörperreihe 20, von welcher der elektrische Strom dann beispielsweise zu dem Minuspol strömt. Eine solche Fließrichtung des elektrischen Stroms kann somit je nach Betriebszustand gewechselt werden und wechselt insbesondere dann mehrmals pro Sekunde, wenn beispielsweise an die Spule eine Wechselspannung angelegt wird, sodass die Spule mit Wechselstrom versorgt wird.
Mit anderen Worten, zum Versorgen der Spule mit elektrischem Strom wird an die Spule eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Wechselspannung oder eine elektrische Gleichspannung, angelegt. Die elektrische Spannung wird dabei an der Seite angelegt, an der sich die Wälzlagereinrichtung 19 befindet. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich die Wälzlagereinrichtung 37.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. Bei der zweiten Ausführungsform sind zwei Module 41 und 42 der elektrischen Maschine 1 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend geschaltet und insbesondere elektrisch in Reihe zueinander angeordnet beziehungsweise seriell geschaltet. Das jeweilige Modul 41 beziehungsweise 42, insbesondere das Modul 42, ist beispielsweise wie die elektrische Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgestaltet. Mit anderen Worten entspricht beispielsweise der Aufbau des Moduls 42 dem Aufbau der elektrischen Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Modul 41 weist im Vergleich zur elektrischen Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform Unterschiede auf, auf die im Zusammenhang mit 9 und 10 eingegangen wird.
7 zeigt eine dritte Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. Bei der dritten Ausführungsform umfasst die elektrische Maschine 1 die hintereinander angeordneten und dabei seriell zueinander geschalteten Module 41 und 42 sowie 43, wobei die Module 41, 42 und 43 in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet und dabei elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind. Dabei weisen beispielsweise die Module 41 und 43 den gleichen Aufbau auf, auf den im Rahmen der Beschreibung von 9 und 10 noch näher eingegangen wird.
8 zeigt ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der zweiten Ausführungsform, wobei in 8 der Aufbau des Moduls 41 und somit des Moduls 43 erkennbar ist.
9 zeigt die Wälzlagerung 18, welche bei der ersten Ausführungsform sowie bei dem jeweiligen Modul 42 der zweiten und dritten Ausführungsform verwendet wird. Bei dem jeweiligen Modul 41 beziehungsweise 43 kommt anstelle der Wälzlagereinrichtung 37 eine dritte Wälzlagereinrichtung 44 zum Einsatz, deren Aufbau dem Aufbau der Wälzlagereinrichtung 19 entspricht. Der Grund dafür ist, dass - im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, bei welcher beispielsweise der elektrische Strom lediglich über die Wälzlagereinrichtung 37 von der Welle 16 zu der Spule oder umgekehrt fließt - bei der zweiten und dritten Ausführungsform der elektrische Strom beispielsweise über die Wälzlagereinrichtung 44 von der Spule des Moduls 41 zu der Spule des Moduls 42 beziehungsweise von der Spule des Moduls 43 zu der Spule des Moduls 41 beziehungsweise jeweils umgekehrt übertragen wird. Wie schon bezüglich der Wälzlagereinrichtung 19 erläutert, kann auf analoge Weise über die Wälzlagereinrichtung 44 der Strom von der Spule des Moduls 41 zur Spule des Moduls 42 beziehungsweise von der Spule des Moduls 43 zur Spule des Moduls 41 beziehungsweise umgekehrt von der Spule des Moduls 42 zu der Spule des Moduls 41 beziehungsweise von der Spule des Moduls 41 zu der Spule des Moduls 43 übertragen werden. Auf diese Weise kann einfach, kosten- und bauraumgünstig eine Mehrzahl von Modulen in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet und in Reihe zueinander geschaltet werden.
Um beispielsweise hohe Kräfte beziehungsweise Drehmomente auf die insbesondere als Antriebswelle oder Abtriebswelle ausgebildete Welle 16 übertragen zu können, ist das Gestell 13 beispielsweise als stabiler Metallrahmen ausgebildet. Ein Kabelschlepp für die beweglichen Außenmagneten ist beispielsweise an dem auch als Außengehäuse bezeichneten Gehäuse 9 angebracht, sodass jeweilige Kabel des Kabelschlepps nicht eingeklemmt werden.
Aus 2 ist erkennbar, dass der Träger 17 vorzugsweise als Flügel ausgebildet ist und dabei jeweilige Flügelelemente 45 aufweist, welche beispielsweise zumindest im Wesentlichen bogenförmig und dabei insbesondere nach Art eines Propellers ausgebildet sein können. Die Flügelelemente 45 werden dabei beispielsweise derart ausgebildet, dass sie eine Selbstkühlung erzeugen und insbesondere dann, wenn der Rotor 8 um die Hauptdrehachse gedreht wird, Luft als Kühlluft beziehungsweise Kühlluftstrom fördern, mittels welchem die elektrische Maschine 1 gekühlt werden kann. Insbesondere ist es denkbar, die mehreren Module aneinanderzureihen und mit der Welle 16 zu koppeln.
Vorzugsweise ist das Isolationselement 36 als ein Halbleiter beziehungsweise Isolator ausgebildet. Eine intelligente Steuerung kann die Außenmagneten und deren Felder steuern und somit für eine Feinabstimmung sorgen. Ferner kann eine intelligente Steuerung die Spule beziehungsweise ein durch die Spule bewirktes Magnetfeld steuern und somit für eine Feinabstimmung sorgen. Sowohl Spannung als auch Magnetfelder werden, insbesondere wenn nötig, permanent gemessen, um eine Feinjustierung realisieren zu können.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Stator
3: Magnet
4: Magnet
5: Magnet
6: Magnet
7: Magnet
8: Rotor
9: Gehäuse
10a-e: Ring
11a-e: Verzahnung
12a-e: Zahnrad
13: Gestell
14: Lagerscheibe
15: Lagerachse
16: Welle
17: Träger
18: Wälzlagerung
19: erste Wälzlagereinrichtung
20: erste Wälzkörperreihe
21: erster Wälzkörperring
22: erster Wälzkörper
23: zweiter Wälzkörperring
24: zweiter Wälzkörper
25: erstes Lagerringelement
26: erste Laufbahn
27: zweite Laufbahn
28: zweite Wälzkörperreihe
29: dritter Wälzköperring
30: dritter Wälzkörper
31: vierter Wälzkörperring
32: vierter Wälzkörper
33: zweites Lagerringelement
34: dritte Laufbahn
35: vierte Laufbahn
36: Isolationselement
37: zweite Wälzlagereinrichtung
38: dritte Wälzkörperreihe
39: fünfter Wälzkörperring
40: fünfter Wälzkörper
41: Modul
42: Modul
43: Modul
44: Wälzlagereinrichtung
45: Flügelelement
46: Verzahnungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013112625 A1 [0002]

Claims

Elektrische Maschine (1), mit einem Stator (2), welcher wenigstens einen ersten Magneten (3) und wenigstens einen zweiten Magneten (4) aufweist, und mit einem mittels der Magneten (3, 4) antreibbaren Rotor (8), welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator (2) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (3) an einem ersten Ring (10a) und der zweite Magnet (4) an einem in axialer Richtung der elektrischen Maschine (1) auf den ersten Ring (10a) folgenden zweiten Ring (10b) gehalten ist, welcher zusammen mit dem zweiten Magneten (4) um die Drehachse relativ zu dem ersten Ring (10a) und dem ersten Magneten (3) drehbar ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (3, 4) als jeweilige Elektromagneten ausgebildet und einzeln elektrisch ansteuerbar sind.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten (3, 4) mit Wechselstrom erfolgt.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) wenigstens einen zweiten Betriebszustand aufweist, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten (3, 4) mit Gleichstrom erfolgt.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei an dem ersten Ring (10a) gehaltene erste Magneten (3) und mindestens drei an dem zweiten Ring (10b) gehaltene zweite Magneten (4) vorgesehen sind, wobei die ersten Magneten (3) und/oder oder zweiten Magneten (4) in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) wenigstens eine um die Drehachse relativ zu dem Stator (2) drehbare Welle (16) und eine zumindest mittelbar mit der Welle verbundene (16) und mit der Welle (16) mitdrehbare Spule aufweist, welche mit elektrischem Strom versorgbar ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) an dem Stator (2) über wenigstens eine Wälzlagereinrichtung (19) drehbar gelagert ist, welche aufweist: - eine erste Wälzkörperreihe (20), welche einen ersten Wälzkörperring (21) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden ersten Wälzköpern (22), einen in axialer Richtung der Welle (16) auf den ersten Wälzkörperring (21) folgenden zweiten Wälzkörperring (23) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden zweiten Wälzköpern (24) und ein erstes Lagerringelement (25) aufweist, welches eine erste Laufbahn (26) für die ersten Wälzkörper (22) und eine zweite Laufbahn (27) für die zweiten Wälzkörper (24) bildet; - eine zweite Wälzkörperreihe (28), welche einen den ersten Wälzkörperring (21) in radialer Richtung der Welle (16) nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden dritten Wälzkörperring (29) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden dritten Wälzköpern (30), einen in axialer Richtung der Welle (16) auf den dritten Wälzkörperring (29) folgenden und den zweiten Wälzkörperring (23) in radialer Richtung der Welle (16) nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden vierten Wälzkörperring (31) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden vierten Wälzköpern (32) und ein in radialer Richtung der Welle (16) zwischen dem ersten Lagerringelement (25) und den dritten Wälzkörpern (30) und zwischen dem ersten Lagerringelement (25) und den vierten Wälzkörpern (31) angeordnetes zweites Lagerringelement (33) aufweist, welches eine dritte Laufbahn (34) für die dritten Wälzkörper (30) und eine vierte Laufbahn (35) für die vierten Wälzkörper (32) bildet; und - wenigstens ein in radialer Richtung zwischen den Wälzkörperreihen (20, 28) angeordnetes Isolationselement (36), mittels welchem die Wälzkörperreihen (20, 28) elektrisch voneinander isoliert sind, wobei in wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine (1) die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über eine der Wälzkörperreihen (20, 28) zu der Spule hinfließt und über die andere Wälzkörperreihe (28) von der Spule abfließt.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Wälzkörperring (21) und der dritte Wälzkörperring (29) in einem ersten Längenbereich (45) der Wälzlagereinrichtung (19= angeordnet sind, wobei der erste Längenbereich (45) in radialer Richtung nach außen hin überdeckungsfrei zu der Spule und/oder zu einem drehfest mit der Welle (16) verbundenen Träger (17), an welchem die Spule gehalten ist, angeordnet ist; und - der zweite Wälzkörperring (23) und der vierte Wälzkörperring (31) in einem in axialer Richtung der Welle (16) auf den ersten Längenbereich (45) folgenden zweiten Längenbereich (46) der Wälzlagereinrichtung (19) angeordnet sind, wobei der zweite Längenbereich (46) in radialer Richtung nach außen hin durch die Spule und/oder durch den Träger (17) überdeckt ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (8) an dem Stator (2) über wenigstens eine in axialer Richtung der Welle (16) auf die Wälzlagereinrichtung (19) folgende und von der Wälzlagereinrichtung (19) beabstandete zweite Wälzlagereinrichtung (37) drehbar gelagert ist, welche eine dritte Wälzkörperreihe (38) umfasst, die einen fünften Wälzkörperring (39) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden fünften Wälzköpern (40) aufweist, wobei in dem wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine (1) die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die dritte Wälzkörperreihe (38) zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Betriebszustand der elektrischen Maschine (1) die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die Welle (16) zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt.