DE102019109229A1

DE102019109229A1 - Elektrische Maschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019109229A1
Application number: DE102019109229.9A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Kallmuenzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend einen Stator (2) mit einem hohlzylinderförmigen Statorblechpaket (6) und Statorwicklungen, welche in Wicklungsnuten (7, 8) des Statorblechpakets (6) angeordnet sind, und eine Rotoreinrichtung (3), welche bezüglich des Stators (2) drehbar gelagert ist, wobei die Rotoreinrichtung (3) einen ersten Rotor (4) in Form von einem Innenläufer, welcher von dem Statorblechpaket (6) umschlossen ist und innerhalb des Statorblechpakets (6) drehbar gelagert ist, und einen zweiten Rotor (5) in Form von einem Außenläufer, welcher das Statorblechpaket (6) umschließt und welcher außerhalb des Statorblechpakets (6) drehbar gelagert ist, aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrische Maschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, welche einen Stator mit einem hohlzylinderförmigen Statorblechpaket und mit Statorwicklungen (Stab), welche in Wicklungsnuten des Statorblechpakets angeordnet sind, und eine Rotoreinrichtung, welche bezüglich des Stators drehbar gelagert ist, aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Nutzfahrzeug, z.B. einen LKW.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektrische Antriebsmaschinen für Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Diese elektrischen Maschinen weisen üblicherweise einen Stator sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor auf. Im Falle einer Innenläufer-Maschine weist der Stator ein hohlzylinderförmiges Statorblechpaket auf, an dessen Innenseite Wicklungsnuten mit elektrischen Statorwicklungen angeordnet sind. Die Statorwicklungen sind üblicherweise als Kupferwicklungen ausgebildet, welchen ein Drehstrom zugeführt wird und welche dadurch ein rotierendes magnetisches Feld erzeugen. Der bewegliche Rotor, welcher von dem hohlzylinderförmigen Statorblechpaket umschlossen wird, besteht zumeist aus einem Rotorblechpaket, welches einen Käfig bildet und welches durch das rotierende Magnetfeld angeregt wird. Das rotierende Magnetfeld des ortsfest gelagerten Stators setzt den beweglichen Rotor in Bewegung und treibt dadurch beispielsweise das Kraftfahrzeug an. Da dieses Magnetfeld jedoch nicht ausschließlich nach innen in Richtung des Rotors gerichtet erzeugt werden kann, wird dieses Magnetfeld nicht vollständig ausgenutzt, was einen Wirkungsgrad der elektrischen Maschine negativ beeinflusst.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug mit einem verbesserten Wirkungsgrad zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug weist einen Stator mit einem hohlzylinderförmigen Statorblechpaket und mit Statorwicklungen, welche in Wicklungsnuten des Statorblechpakets angeordnet sind, auf. Außerdem weist die elektrische Maschine eine Rotoreinrichtung, welche bezüglich des Stators drehbar gelagert ist, auf. Die Rotoreinrichtung umfasst einen ersten Rotor in Form von einem Innenläufer, welcher von dem Statorblechpaket umschlossen ist und innerhalb des Statorblechpakets drehbar gelagert ist, und einen zweiten Rotor in Form von einem Außenläufer, welcher das Statorblechpaket umschließt und welcher außerhalb des Statorblechpakets drehbar gelagert ist.
Die elektrische Maschine, welche vorzugsweise als eine Drehstrommaschine, insbesondere eine Drehstrom-Asynchronmaschine oder als eine Induktion-Gleichstrommaschine, ausgebildet ist, weist den konzentrischen Aufbau aus dem ersten Rotor, dem Stator und dem zweiten Rotor auf, wobei der erste Rotor radial innenliegend und der zweite Rotor radial außenliegend ausgebildet ist. Radial wischen den zwei Rotoren liegt der ortsfest gelagerte Stator. Der Stator weist die bestrombaren Statorwicklungen auf, welche ein Magnetfeld zum Antreiben der Rotoren erzeugen. Die Rotoren sind insbesondere als Kurzschlussläufer bzw. Käfigläufer ausgebildet und bestehen beispielsweise aus einem Rotorblechpaket aus Eisen, in das Metallstäbe aus Nichteisenmetallen eingebettet sind. Die Metallstäbe verlaufen dabei in der Regel schräg in dem Rotorblechpaket, sodass die Rotoren geschränkt ausgebildet sind. Durch das Schränken können Störwerte der elektrischen Maschine vermindert werden.
Die elektrische Maschine ist durch die beiden Rotoren als eine Doppelrotor-Maschine ausgebildet. Im Vergleich zu einer aus dem Stand der Technik bekannten Innenläufer-Maschine, bei welcher der Innenläufer innerhalb eines durch das hohlzylinderförmige Statorblechpaket gebildeten Hohlraumes gelagert ist, wird die erfindungsgemäße elektrische Maschine um den Außenläufer erweitert, welcher durch dasselbe Magnetfeld betrieben werden kann wie der Innenläufer. So kann das von den Statorwicklungen erzeugte Magnetfeld zur Erzielung eines verbesserten Wirkungsgrads vollständig ausgenutzt werden. Durch den zusätzlichen Rotor ist es möglich, mehr Antriebsenergie zu erzeugen, um beispielsweise eine Fahrt des Kraftfahrzeugs mit Anhängerlast zu ermöglichen. Auch kann der zweite Rotor zum Laden einer Batterie des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, sodass in vorteilhafter Weise eine elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Statorwicklungen als Kupfer-Formstabwicklungen ausgebildet. Zum Ausbilden der Statorwicklungen werden in die Wicklungsnuten Formstäbe in Form von Kupferstäben eingeführt. Durch solche Formstabwicklungen kann die Fertigung der elektrischen Maschine vereinfacht werden. Anschlüsse der Statorwicklungen können einfach und maschinell angelötet werden, anstatt eine aufwändige Wickelmaschine zu betreiben.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wicklungsnuten schräg in dem Statorblechpaket verlaufend ausgebildet sind. Die Wicklungsnuten verlaufen also parallel zueinander, jedoch schräg zu einer Rotationsachse der Rotoren in dem Statorblechpaket. So können günstigere Anlaufbedingungen erzielt werden. Durch die schräge Anordnung der Statorwicklungen in dem Blechpaket des Stators können die Metallstäbe der Rotoren gerade bzw. parallel zur Rotationsachse verlaufend ausgebildet sein. So können Nuten in den Rotorblechpaketen der Rotoren, in welche die Metallstäbe eingesetzt werden, gerade verlaufend ausgebildet sein. Dies vereinfacht in vorteilhafter Weise die Produktion der elektrischen Maschine.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Statorblechpaket an einer dem ersten Rotor zugewandten Innenseite erste Wicklungsnuten mit ersten Statorwicklungen und an einer dem zweiten Rotor zugewandten Außenseite zweite Wicklungsnuten mit zweiten Statorwicklungen auf. Je nach Bedarf können also zum Betreiben der Rotoren die ersten und/oder die zweiten Statorwicklungen bestromt und damit zu- oder abgeschaltet, bzw. eine andere Energie-Stromquelle verwendet werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine oder einer vorteilhaften Ausführungsform davon. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße elektrische Maschine vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine; und
2 eine schematische Perspektivdarstellung einer Ausführungsform eines Stators der elektrischen Maschine.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 sowie eine bezüglich des Stators 2 um eine Rotationsache L drehbar gelagerte Rotoreinrichtung 3 auf. Die Rotoreinrichtung 3 weist einen ersten Rotor 4 in Form von einem Innenläufer und einen zweiten Rotor 5 in Form von einem Außenläufer auf. Der erste Rotor 4 ist innerhalb eines hohlzylinderförmigen Statorblechpakets 6 drehbar gelagert und der zweite Rotor 5 ist außerhalb des Statorblechpakets 6 drehbar gelagert. In radialer Richtung R sind also der erste Rotor 4, der Stator 2 und der zweite Rotor 5 unter Ausbildung von Luftspalten zwischen dem ersten Rotor 4 und dem Stator 2 sowie dem Stator 2 und dem zweiten Rotor 5 benachbart aneinander angeordnet. Durch die beiden Rotoren 4, 5 kann je nach Bedarf Antriebsenergie erzeugt werden oder eine Batterie des Kraftfahrzeugs geladen werden.
In 2 ist das Statorblechpaket 6 mit Wicklungsnuten 7, 8 gezeigt. In erste Wicklungsnuten 7, welche an einer Innenseite 9 des Statorblechpakets 6 angeordnet sind, können erste bestrombare Statorwicklungen eingesetzt werden, und in zweite Wicklungsnuten 8, welche an einer Außenseite 10 des Statorblechpakets 6 angeordnet sind, können zweite bestrombare Statorwicklungen eingesetzt werden. Die Statorwicklungen können beispielsweise Kupferstäbe sein, welche in die Wicklungsnuten 7, 8 eingesetzt bzw. eingeschoben werden. Die Wicklungsnuten 7, 8 sind dabei schräg zu der Rotationsachse L in der Innenseite 9 und der Außenseite 10 des Statorblechpakets 6 verlaufend ausgebildet.

Claims

Elektrische Maschine (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend - einen Stator (2) mit einem hohlzylinderförmigen Statorblechpaket (6) und Statorwicklungen, welche in Wicklungsnuten (7, 8) des Statorblechpakets (6) angeordnet sind, und - eine Rotoreinrichtung (3), welche bezüglich des Stators (2) drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoreinrichtung (3) einen ersten Rotor (4) in Form von einem Innenläufer, welcher von dem Statorblechpaket (6) umschlossen ist und innerhalb des Statorblechpakets (6) drehbar gelagert ist, und einen zweiten Rotor (5) in Form von einem Außenläufer, welcher das Statorblechpaket (6) umschließt und welcher außerhalb des Statorblechpakets (6) drehbar gelagert ist, aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket (6) an einer dem ersten Rotor (4) zugewandten Innenseite (9) erste Wicklungsnuten (7) mit ersten Statorwicklungen und an einer dem zweiten Rotor (5) zugewandten Außenseite (10) zweite Wicklungsnuten (8) mit zweiten Statorwicklungen aufweist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsnuten (7, 8) schräg in dem Statorblechpaket (6) verlaufend ausgebildet sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) als Drehstrom-Asynchronmaschine ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklungen als Kupfer-Formstabwicklungen ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.