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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer einen Luftspalt nach außen abdichtenden Dichtungsvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem, wobei das Antriebssystem eine erfindungsgemäße Elektromaschine aufweist.
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Rotatorische Elektromaschinen weisen einen Rotor und einen Stator auf, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Luftspalt ausgebildet ist. Um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten weisen Elektromaschinen oftmals eine Dichtungsvorrichtung auf, mittels welcher der Luftspalt vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise das Eindringen von Kühlflüssigkeit, Schmutz oder dergleichen, geschützt ist.
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Bekannte Dichtungsvorrichtungen zum Abdichten des Luftspalts weisen beispielsweise Abschirmungen oder Dichtringe auf, wobei die Abschirmungen oftmals keinen ausreichenden Schutz des Luftspalts, insbesondere gegen Staub, Kühlflüssigkeit oder dergleichen, bereitstellen und Dichtringe auf dem Rotor schleifen, wodurch die Dichtringe einem erhöhten Verschleiß unterliegen.
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Überdies sind Ferrofluiddichtungen bekannt, mittels welcher ein rotierendes Bauteil gegenüber einem Maschinengehäuse abdichtbar ist. Aus der
DE 10 2006 032 344 B4 ist eine Synchronmaschine bekannt, bei welcher feststehende Fluidleitungen innerhalb eines Rotorkanals eines Rotors geführt und mittels einer Ferrofluiddichtung gegenüber einer Innenwandung des Rotorkanals abgedichtet sind. Eine solche Ferrofluiddichtung ist nur für geringe Belastungen ausgelegt. Die
DE 102 36 471 A1 betrifft eine Elektromaschine bei welcher ein Rotor mittels einer magnetischen Lagerung relativ zum Stator gelagert und mittels einer Ferrofluiddichtung gegenüber einem Maschinengehäuse abgedichtet ist. Eine solche Ferrofluiddichtung weist verhältnismäßig große Abmessungen aus und ist für den Einsatz an engeren Bereichen der Elektromaschine nicht geeignet. Eine Kombination einer Labyrinthdichtung und einer Ferrofluiddichtung ist aus der
DE 10 2015 205 581 A1 bekannt. Die Labyrinthdichtung weist ein ringförmiges Statorteil und ein ringförmiges Rotorteil auf, welche ineinander eingreifen und somit das Labyrinth der Labyrinthdichtung bilden. An einem zentralen Abschnitt des Statorteils ist ein Permanentmagnet zum Halten des Ferrofluids innerhalb der Labyrinthdichtung angeordnet. Eine solche Ferrofluiddichtung ist nur für geringe Belastungen ausgelegt und erfordert daher das Zusammenspiel mit der Labyrinthdichtung, um eine ausreichende Dichtwirkung bereitzustellen.
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Bekannte Elektromaschinen sowie Dichtungsvorrichtungen haben allesamt den Nachteil, dass entweder eine unzureichende Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt ist, sie einen besonders komplexen Aufbau aufweisen und die verwendeten Dichtungskomponenten einem übermäßig großen Verschleiß unterliegen. Überdies sind oftmals aufwendige sowie kostenintensive zusätzliche Bauteile erforderlich, sodass Bauvolumen, Komplexität, Montageaufwand und Gesamtkosten der Elektromaschine erhöht sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Elektromaschine zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschine zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine effiziente sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts zwischen Stator und Rotor gewährleisten.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Elektromaschine weist einen Stator mit einem Statorgrundkörper und einer am Statorgrundkörper angeordneten Spulenwicklung aus Spulendraht und einen um eine Maschinenlängsachse drehbar zum Stator gelagerten Rotor mit einem Rotoraktivbereich auf. Zwischen dem Rotoraktivbereich und dem Stator ist ein Luftspalt ausgebildet. Die Spulenwicklung weist an einem seitlichen Endbereich in Bezug auf die Maschinenlängsachse einen Wickelkopf auf. Ferner weist die Elektromaschine eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten des Luftspalts gegenüber dem Wickelkopf auf. Erfindungsgemäß ist die Dichtungsvorrichtung als Ferrofluiddichtungsvorrichtung ausgebildet.
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Die Elektromaschine ist vorzugsweise als Synchronmaschine ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Elektromaschine als Traktionsmaschine für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Demnach ist es bevorzugt, dass die Elektromaschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere als Haupt- oder zumindest als Hilfsantrieb, ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Elektromaschine zur Anordnung in einem Motorraum, an einer Radachse oder an einem Rad des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Die Spulenwicklung weist den Spulendraht auf, welcher beispielsweise Kupfer aufweist bzw. aus Kupfer besteht. Vorzugsweise weist der Spulendraht eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere einen Lack oder dergleichen, auf, um einen Kurzschluss der Spulenwicklung zu vermeiden. Der Spulendraht ist derart am Statorgrundkörper angeordnet, dass hierdurch die Spulenwicklung gebildet ist. Die Spulenwicklung kann beispielsweise als Einzelzahnwicklung, oder verteilte Wicklung in Form einer Hairpinwicklung oder dergleichen ausgebildet sein. Auf diese Weise ist mittels des Stators ein veränderbares Magnetfeld zum Antreiben des Rotors erzeugbar. Die Spulenwicklung ist vorzugsweise koaxial zur Maschinenlängsachse angeordnet.
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An den beiden Endbereichen in Bezug auf die Maschinenlängsachse weist die Spulenwicklung jeweils einen Wickelkopf auf. Unter einem Wickelkopf wird ein Bereich der Spulenwicklung verstanden, in welchem der Spulendraht eine Richtungsumkehr, vorzugsweise zwischen 160° und 200°, besonders bevorzugt um ca. 180°, aufweist. Vorzugsweise ist der Spulendraht im Wickelkopf derart angeordnet, dass Abstände zwischen benachbarten Spulendrahtabschnitten größer ausgebildet sind als innerhalb der übrigen Spulenwicklung. Auf diese Weise ist ein Beaufschlagen des Spulendrahts im Wickelkopf mit einem Kühlfluid verbessert. Somit ist eine Wärmeabfuhr aus dem Wickelkopf verbessert.
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Der Rotor weist vorzugsweise eine um die Maschinenlängsachse drehbar gelagerte Rotorwelle auf, an welcher der Rotoraktivbereich angeordnet ist. Die Rotorwelle ist vorzugsweise mittels eines Wälzlagers, eines Magnetlagers oder dergleichen drehbar am Stator und/oder einem Maschinengehäuse der Elektromaschine gelagert. Unter einem Rotoraktivbereich wird ein Abschnitt des Rotors verstanden, welcher ausgebildet ist, den Rotor im Zusammenspiel mit dem Stator anzutreiben. Vorzugsweise weist der Rotor hierfür eine Mehrzahl von Permanentmagneten auf, welche über den Rotoraktivbereich verteilt sowie im Rotoraktivbereich gehalten sind. Weiter bevorzugt weist der Rotoraktivbereich ein Rotorblechpaket auf, welches auf der Rotorwelle angeordnet und vorzugsweise an dieser befestigt ist. Das Rotorblechpaket weist vorzugsweise eine Vielzahl von Blechsegmenten auf, welche nebeneinander, insbesondere koaxial, angeordnet sind. Die Blechsegmente sind vorzugsweise elektrisch zueinander isoliert, beispielsweise über eine Lackschicht, Zwischenschichten aus einem elektrischen Isolator oder dergleichen. Vorzugsweise sind die Blechsegmente miteinander verklebt und/oder verspannt. Die Permanentmagnete sind vorzugsweise am und/oder im Rotorblechpaket, insbesondere in hierfür vorgesehenen Magnettaschen, angeordnet. Vorzugsweise weist das Rotorblechpaket noch Lufttaschen zur Optimierung des magnetischen Flusses auf.
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Es ist bevorzugt, dass der Stator den Rotoraktivbereich umgibt. In einer alternativen Ausführungsform kann der Rotor eine Hohlwelle aufweisen, innerhalb welcher der feststehende Stator angeordnet ist. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist in radialer Richtung in Bezug auf die Maschinenlängsachse der Luftspalt ausgebildet. Der Luftspalt ist vorzugsweise hohlzylinderförmig ausgebildet und weiter bevorzugt koaxial zur Maschinenlängsachse angeordnet. Der Luftspalt weist vorzugsweise an zwei Seiten in Bezug auf die Maschinenlängsachse eine Luftspaltöffnung auf. Die Luftspaltöffnung ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Alternativ können Rotor und Stator gemäß einer Axialflussmaschine entlang der Maschinenlängsachse nebeneinander angeordnet sein. In diesem Fall ist der Luftspalt vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet.
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Zum Abdichten des Luftspalts gegenüber dem Wickelkopf oder einem äußeren Raum, z. B Gehäuseinneren, weist die Elektromaschine die Dichtungsvorrichtung auf. Mittels der Dichtungsvorrichtung das ungewollte Eindringen von Fremdstoffen, wie beispielsweise Schmutz, Staub, Kühlfluid oder dergleichen, in den Luftspalt verhinderbar. Auf diese Weise sind Reibung und Verschleiß der Elektromaschine reduzierbar. Erfindungsgemäß ist die Dichtungsvorrichtung als Ferrofluiddichtungsvorrichtung ausgebildet. Demnach weist die Dichtungsvorrichtung ein Ferrofluid auf, welches mittels eines Magnetfelds der Dichtungsvorrichtung an einer axialen Position in Bezug auf die Maschinenlängsachse haltbar ist. Durch das Ferrofluid wird eine Barriere bereitgestellt, welche vorzugsweise die Luftspaltöffnung verschließt und den Luftspalt somit nach außen bzw. zum Wickelkopf hin schützt. Zur Erzeugung des Magnetfelds zum Halten des Ferrofluids weist die Dichtungsvorrichtung vorzugsweise einen Permanentmagneten auf. Alternativ oder zusätzlich kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Dichtungsvorrichtung ausgebildet ist, das Magnetfeld vom Stator und/oder Rotor zum Halten des Ferrofluids zu verwenden. Es ist bevorzugt, dass die Elektromaschine an beiden Luftspaltöffnungen eine derartige Dichtungsvorrichtung aufweist. Es ist besonders bevorzugt, dass die Elektromaschine keine weiteren Dichtungsvorrichtungen an der Luftspaltöffnung aufweist. Auf diese Weise sind eine Komplexität sowie Reibung der Elektromaschine reduzierbar.
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Eine erfindungsgemäße Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug hat gegenüber herkömmlichen Elektromaschinen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt ist. Ein Eindringen von Schmutz, Staub, Kühlfluid oder dergleichen in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator ist somit wirksam verhinderbar. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Elektromaschine eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Wickelkopfes aufweist. Überdies hat eine als Ferrofluiddichtungsvorrichtung ausgebildete Dichtungsvorrichtung den Vorteil, dass Reibung und Verschleiß der Dichtungsvorrichtung erheblich reduziert sind, sodass Wartungsintervalle der Elektromaschine verlängerbar sind. Hierdurch lassen sich die Betriebskosten der Elektromaschine reduzieren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Elektromaschine vorgesehen sein, dass die Dichtungsvorrichtung einen am Stator angeordneten Statorpolschuh und einen am Rotor angeordneten Rotorpolschuh aufweist, wobei das Ferrofluid zwischen dem Statorpolschuh und dem Rotorpolschuh angeordnet ist. Der Statorpolschuh und/oder der Rotorpolschuh sind vorzugsweise ausgebildet, das Magnetfeld derart zu leiten bzw. zu lenken, dass das Ferrofluid hierdurch ortsfest am Luftspalt haltbar ist. Vorzugsweise sind der Statorpolschuh und/oder der Rotorpolschuh ausgebildet, hierfür ein Magnetfeld umzuleiten. Alternativ weisen der Statorpolschuh und/oder der Rotorpolschuh einen oder mehrere Permanentmagnete auf. Es ist zudem bevorzugt, dass der der Statorpolschuh und/oder der Rotorpolschuh eine derartige Form aufweisen, welche ein Halten des Ferrofluids am Luftspalt begünstigt. Ein Halteabschnitt des Statorpolschuhs und Halteabschnitt des Rotorpolschuhs sind vorzugsweise zum Halten des Ferrofluids einander zugewandt. Vorzugsweise sind der Statorpolschuh und der Rotorpolschuh auf derselben radialen Ebene in Bezug auf die Maschinenlängsachse angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt ist.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Statorpolschuh ringförmig ausgebildet sowie an einem umlaufenden Innenabschnitt des Statorgrundkörpers gehalten ist. Vorzugsweise ist der Statorpolschuh koaxial zur Maschinenlängsachse angeordnet. Vorzugsweise weist der Statorpolschuh einen oder mehrere Permanentmagnete auf. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt ist.
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Weiter bevorzugt ist der Wickelkopf in Bezug auf die Maschinenlängsachse auf einer ersten Seite des Statorpolschuhs neben dem Statorpolschuh angeordnet, wobei der Luftspalt in Bezug auf die Maschinenlängsachse auf einer der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite des Statorpolschuhs neben dem Statorpolschuh angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Statorpolschuh zwischen dem Wickelkopf und dem Luftspalt angeordnet. Demnach ist der Rotorpolschuh vorzugsweise ebenfalls zwischen dem Wickelkopf und dem Luftspalt angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einer Elektromaschine vorgesehen sein, dass der Rotorpolschuh an einer Wuchtscheibe des Rotors angeordnet oder monolithisch mit der Wuchtscheibe ausgebildet ist, wobei die Wuchtscheibe an einer Stirnseite des Rotoraktivbereichs des Rotors angeordnet ist. Die Wuchtscheibe kontaktiert vorzugsweise den Rotor. Weiter bevorzugt ist die Wuchtscheibe rotationsfest am Rotor gehalten bzw. am Rotor fixiert. Die Wuchtscheibe ist vorzugsweise ausgebildet, eine Unwucht des Rotors zu korrigieren. Vorzugsweise ist die Wuchtscheibe ringförmig ausgebildet und koaxial zur Maschinenlängsachse angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Rotorpolschuh mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise bereitgestellt und somit eine reibungssowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts verbessert ist.
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Vorzugsweise weist die Wuchtscheibe eine dem Rotoraktivbereich zugewandte Ausnehmung auf, wobei die Ausnehmung derart ausgebildet ist, dass ein magnetischer Streufluss des Rotoraktivbereichs auf die Wuchtscheibe reduziert ist. Die Wuchtscheibe ist vorzugsweise an der Rotorwelle gehalten, insbesondere auf die Rotorwelle aufgepresst oder mittels einer Schraubvorrichtung an dieser fixiert. Die Ausnehmung ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet sowie koaxial zur Maschinenlängsachse angeordnet. Die Ausnehmung ist beispielsweise durch Fräsen oder Drehen hergestellt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Wuchtscheibe durch ein additives Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Lasersintern, hergestellt ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn die Ausnehmung im Rahmen des additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Vorzugsweise ist die Ausnehmung in einem in radialer Richtung äußeren Bereich der Wuchtscheibe angeordnet. Die Wuchtscheibe ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine Seitenfläche der Wuchtscheibe den Rotoraktivbereich kontaktiert, wobei die Wuchtscheibe im Bereich der Ausnehmung den Rotoraktivbereich nicht kontaktiert. Die Ausnehmung ist vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, dass ein magnetischer Streufluss von dem Rotoraktivbereich auf die Wuchtscheibe reduziert ist. Auf diese Weise sind eine Magnetisierung des Rotorpolschuhs und somit ein am Rotorpolschuh ausgebildetes Magnetfeld verbessert. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Rotoraktivbereich zum Antreiben des Rotors Permanentmagnete auf, wobei die Elektromaschine derart ausgebildet ist, dass der Rotorpolschuh über die Permanentmagnete magnetisiert ist. Zumindest ein Teil des erforderlichen Magnetfelds zum Halten des Ferrofluids zwischen dem Rotorpolschuh und dem Statorpolschuh ist somit durch bereits vorhandene Permanentmagnete des Rotoraktivbereichs bereitgestellt. Somit sind zusätzliche Permanentmagnete am Rotorpolschuh nicht mehr erforderlich. Daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass am Statorpolschuh keine zusätzlichen Permanentmagnete angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt ist.
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Besonders bevorzugt weist die Elektromaschine eine Kühlvorrichtung auf, wobei die Kühlvorrichtung eine Fluidbeaufschlagungsvorrichtung zum Beaufschlagen des Wickelkopfs mit einem Kühlfluid aufweist. Die Kühlvorrichtung ist vorzugsweise als Fluidkühlvorrichtung ausgebildet. Die Kühlvorrichtung weist vorzugsweise einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlfluids auf. Weiter bevorzugt weist die Kühlvorrichtung eine Kälteerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Kälte zum Kühlen des Kühlfluids auf. Es ist bevorzugt, dass die Kühlvorrichtung eine Fluidpumpe zum Fördern des Kühlfluids aufweist. Die Kühlvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, Kühlfluid zu kühlen und einen Wickelkopf oder beide Wickelköpfe der Spulenwicklung mit dem gekühlten Kühlfluid zu beaufschlagen. Hierfür weist die Kühlvorrichtung vorzugsweise einen Kühlfluidauslass, insbesondere eine Kühlfluiddüse, auf. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Kühlung der Wickelköpfe der Elektromaschine bereitgestellt ist, wobei mittels der Dichtungsvorrichtung mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts, insbesondere gegenüber dem Kühlfluid, bereitgestellt ist.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Rotorpolschuh eine Verjüngung in radialer Richtung nach außen aufweist, und/oder dass der Statorpolschuh eine Verjüngung in radialer Richtung nach innen aufweist. Eine Verjüngung hat den Vorteil, dass ein magnetischer Fluss zum Halten des Ferrofluids am Luftspalt besser konzentrierbar ist, sodass das Risiko des Loslösens des Ferrofluids aus dem Bereich zwischen dem Rotorpolschuh und dem Statorpolschuh reduziert ist. Demnach ist mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts bereitgestellt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem gelöst. Erfindungsgemäß weist das Antriebssystem eine erfindungsgemäße Elektromaschine auf. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Antriebssystem mehrere erfindungsgemäße Elektromaschinen aufweist. Es ist bevorzugt, dass das Antriebssystem zum einzelnen Antreiben der Räder pro Rad jeweils eine erfindungsgemäße Elektromaschine aufweist, welche mit dem jeweiligen Rad mechanisch gekoppelt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine reibungs- sowie verschleißarme Abdichtung des Luftspalts zwischen Rotor und Stator bereitgestellt ist. Ein Eindringen von Schmutz, Staub, Kühlfluid oder dergleichen in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator ist somit wirksam verhinderbar. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Elektromaschine eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Wickelkopfes aufweist. Überdies hat eine als Ferrofluiddichtungsvorrichtung ausgebildete Dichtungsvorrichtung den Vorteil, dass Reibung und Verschleiß der Dichtungsvorrichtung erheblich reduziert sind, sodass Wartungsintervalle der Elektromaschine des Kraftfahrzeugs verlängerbar sind. Hierdurch lassen sich die Betriebskosten des Kraftfahrzeugs reduzieren.
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Eine erfindungsgemäße Elektromaschine für ein Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Längsschnittdarstellung eine Elektromaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Elektromaschine aus 1,
- 3 in einer ersten Querschnittdarstellung die Elektromaschine aus 1,
- 4 in einer zweiten Querschnittdarstellung die Elektromaschine aus 1, und
- 5 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Elektromaschine 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schematisch in einer Längsschnittdarstellung abgebildet. Die Elektromaschine 1 weist einen Rotor 7 mit einem Rotoraktivbereich 8 auf, der sich entlang einer Maschinenlängsachse 6 erstreckt und um die Maschinenlängsachse 6 drehbar gelagert ist. Der Rotoraktivbereich 8 weist eine Mehrzahl von Permanentmagneten 16 auf, welche mit wechselnder Magnetisierungsrichtung um den Umfang des Rotoraktivbereichs 8 verteilt angeordnet sind. Der Rotoraktivbereich 8 ist auf einer Rotorwelle 25 des Rotors 7 angeordnet.
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Der Rotor 7 ist von einem Stator 3 der Elektromaschine 1 umgeben. Der Stator 3 ist ebenfalls koaxial zur Maschinenlängsachse 6 angeordnet und weist einen Statorgrundkörper 4 auf, auf welchem zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds eine Spulenwicklung 5 aus Spulendraht angeordnet ist. Der Statorgrundkörper 4 ist vorzugsweise als Blechpaket aus einer Mehrzahl von, vorzugsweise voneinander elektrisch isolierten, Einzelblechen gebildet. An einem in dieser Ansicht linken Endbereich des Stators 3 weist die Spulenwicklung 5 einen Wickelkopf 10 auf. Zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 7 ist ein Luftspalt 9 ausgebildet.
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Die Elektromaschine 1 weist eine Dichtungsvorrichtung 11 auf, welche als Ferrofluiddichtungsvorrichtung ausgebildet ist. Die Dichtungsvorrichtung 11 weist einen an einer Innenwandung des Stators 3 angeordneten ringförmigen Statorpolschuh 12 sowie einen an einer Wuchtscheibe 14 des Rotors 7 ausgebildeten Rotorpolschuh 13 auf. Zwischen dem Statorpolschuh 12 und dem Rotorpolschuh 13 ist ein Spalt ausgebildet, in welchem ein Ferrofluid 22 angeordnet ist.
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Die Wuchtscheibe 14 kontaktiert mit einer Seitenfläche die Stirnseite des Rotoraktivbereichs 8. An der dem Rotoraktivbereich 8 zugewandten Seite weist die Wuchtscheibe 14 eine umlaufende Ausnehmung 15 auf, um einen magnetischen Streufluss der Permanentmagnete 16 des Rotoraktivbereichs 8 auf die Wuchtscheibe 14 zu reduzieren. Auf diese Weise ist vom Rotoraktivbereich 8 ein Magnetfeld am Rotorpolschuh 13 bereitgestellt, welches ausgebildet ist, das Ferrofluid 22 im Spalt zwischen dem Statorpolschuh 12 und dem Rotorpolschuh 13 zu halten.
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Ferner weist die Elektromaschine 1 eine Kühlvorrichtung 17 zum Kühlen des Wickelkopfs 10 auf. Die Kühlvorrichtung 17 weist eine oberhalb des Wickelkopfs 10 angeordnete, als Düse ausgebildete Fluidbeaufschlagungsvorrichtung 18 zum Beaufschlagen des Wickelkopfes 10 mit einem Kühlfluid 19 auf. Die Dichtungsvorrichtung 11 ist ausgebildet, ein Eindringen unter anderem des Kühlfluids 19 in den Luftspalt 9 zu verhindern.
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2 zeigt die Elektromaschine 1 aus 1 schematisch in einem vergrößerten Ausschnitt. In dieser Ansicht ist eine Verjüngung 20 des Statorpolschuhs 12 zum Rotorpolschuh 13 hin sowie eine Verjüngung 20 des Rotorpolschuhs 13 zum Statorpolschuh 12 hin erkennbar. Ein magnetischer Fluss verläuft von dem Permanentmagneten 16 des Rotors 7 durch die Wuchtscheibe 14 über den Rotorpolschuh 13 durch das Ferrofluid 22 über den Statorpolschuh 12 in den Statorgrundkörper 4.
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In 3 ist die Elektromaschine 1 aus 1 schematisch in einer ersten Querschnittdarstellung abgebildet. In dieser Ansicht sind über den Rotoraktivbereich 8 verteilte Permanentmagnete 16 erkennbar. Die von den Permanentmagneten 16 erzeugte Magnetisierung ist schematisch in Form eines idealen Magnetisierungspfads 24 durch gestrichelte Linien dargestellt. Der Magnetisierungspfad 24 erstreckt sich durch den Rotoraktivbereich 8 und den Statorgrundkörper 4. Durch Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds mittels der Spulenwicklung 5 des Stators 3 ist der Rotor 7 somit um die Maschinenlängsachse 6 rotierbar.
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4 zeigt die Elektromaschine 1 aus 1 schematisch in einer zweiten Querschnittdarstellung. In dieser Ansicht sind zwei am Rotoraktivteil 8 angeordnete Permanentmagnete 16 sowie der von den beiden Permanentmagneten 16 erzeugte Magnetisierungspfad 24 dargestellt. Im Bereich zwischen den Permanentmagneten 16 ist in der Wuchtscheibe 14 ein Freiraum 23 ausgebildet, welcher radial unterhalb des Polschuhs 13 liegt. Zudem ist in dieser Ansicht die Dichtungsvorrichtung 11 zum Abdichten des Luftspalts 9 gegenüber dem Wickelkopf 10 abgebildet. Die Dichtungsvorrichtung weist den am Stator 3 angeordneten Statorpolschuh 12, den am Rotoraktivteil 8 angeordneten Rotorpolschuh 13 sowie das zwischen dem Statorpolschuh 12 und dem Rotorpolschuh 13 angeordnete Ferrofluid 22 auf. Das zum Halten des Ferrofluids 22 zwischen Statorpolschuh 12 und Rotorpolschuh 13 erforderliche Magnetfeld wird von den Permanentmagneten 16 des Rotoraktivteils 8 bereitgestellt.
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In 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein Antriebssystem 21 mit vier erfindungsgemäßen Elektromaschinen 1 auf, wobei jedem Rad des Kraftfahrzeugs 2 jeweils eine der Elektromaschinen 1 zum gezielten Antreiben des jeweiligen Rads angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromaschine
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Stator
- 4
- Statorgrundkörper
- 5
- Spulenwicklung
- 6
- Maschinenlängsachse
- 7
- Rotor
- 8
- Rotoraktivbereich
- 9
- Luftspalt
- 10
- Wickelkopf
- 11
- Dichtungsvorrichtung
- 12
- Statorpolschuh
- 13
- Rotorpolschuh
- 14
- Wuchtscheibe
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Permanentmagnet
- 17
- Kühlvorrichtung
- 18
- Fluidbeaufschlagungsvorrichtung
- 19
- Kühlfluid
- 20
- Verjüngung
- 21
- Antriebssystem
- 22
- Ferrofluid
- 23
- Freiraum
- 24
- Magnetisierungspfad
- 25
- Rotorwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006032344 B4 [0004]
- DE 10236471 A1 [0004]
- DE 102015205581 A1 [0004]
