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Die Erfindung betrifft einen Scheibenläufermotor, insbesondere einen Scheibenläufermotor für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine ein Rotorgehäuse und einen in dem Rotorgehäuse aufgenommenen Rotor aufweisende Rotoreinrichtung, wobei der Rotor mit einer Abtriebswelle des Scheibenläufermotors gekoppelt ist.
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Scheibenläufermotoren, insbesondere für die Verwendung in Kraftfahrzeugen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Ein derartiger Scheibenläufermotor weist stets einen Stator und einen relativ zu dem Stator beweglichen Rotor auf, der in einem Rotorgehäuse aufgenommen ist. Folglich besitzt der Scheibenläufermotor eine Rotoreinrichtung, die ein Rotorgehäuse bereitstellt, in der ein Rotor um seine Drehachse drehbar gelagert ist. Der Rotor bzw. dessen Rotorwelle ist mit einer Abtriebswelle des Scheibenläufermotors gekoppelt, sodass ein mittels der Rotoreinrichtung erzeugtes Drehmoment an die Abtriebswelle abgebbar ist, beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, das den Scheibenläufermotor aufweist, anzutreiben.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass an dem Rotor oder dem Stator Leiterbereiche und Magnetbereiche angeordnet werden können, wobei die Anordnung der Leiterbereiche und Magnetbereiche an Stator oder Rotor beliebig wählbar ist. In Abhängigkeit davon, welche Leistung der Scheibenläufermotor bereitstellen soll, kann die Größe der Leiterbereiche bzw. Magnetbereiche und somit auch die Größe, insbesondere der Durchmesser, des Rotors ausgelegt werden. Insbesondere in Bezug auf hohe Leistungsbereiche, beispielsweise Scheibenläufermotoren, die vergleichsweise hohe Drehmomente bereitstellen müssen, kann dies dazu führen, dass der Durchmesser des Rotors vergleichsweise groß dimensioniert werden muss. Dies kann sich unter anderem negativ auf die Bauraumbedingungen auswirken, da ein entsprechend großer Bauraum für das Rotorgehäuse und den darin angeordneten Rotor vorgehalten werden muss. Ferner bringt die Vergrößerung der entsprechenden Magnetbereiche und Leiterbereiche Anforderungen in Bezug auf die Fertigungstoleranzen bzw. Montageprozesse mit sich.
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Der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Scheibenläufermotor anzugeben.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Rotoreinrichtung wenigstens zwei Rotoren aufweist. Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Scheibenläufermotor, der zwei Rotoren aufweist, d.h., dass in dem Rotorgehäuse, das von der Rotoreinrichtung bereitgestellt wird, zwei Rotoren aufgenommen sein können bzw. die beiden Rotoren derselben Abtriebswelle Drehmoment bereitstellen bzw. auf diese übertragen können.
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Durch das Verwenden zweier Rotoren müssen die Magnetbereiche bzw. Leiterbereiche nicht notwendigerweise an einem einzelnen Rotor angeordnet werden, sodass stattdessen zwei vergleichsweise kleiner dimensionierte Rotoren verwendet werden können, die zur Erzeugung des Drehmoments verwendet werden können. Somit ist es möglich, Bauraum, insbesondere in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse des Rotors, einzusparen. Die mit dem Bereitstellen der Rotoreinrichtung mit zwei Rotoren verbundenen Anforderungen sind insbesondere in Bezug auf den Montageaufwand bzw. die Fertigungstoleranzen günstiger. In Abhängigkeit von der Anordnung der beiden Rotoren bzw. der wenigstens zwei Rotoren, können Kreiselkräfte, die auf die Rotorwelle übertragen werden, reduziert werden, was einen stabileren Betrieb des Scheibenläufermotors ermöglicht.
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Nach Ausgestaltung des Scheibenläufermotors können die wenigstens zwei Rotoren auf derselben Drehachse angeordnet sein. Demzufolge können die beiden Rotoren „übereinander“ oder „untereinander“, also im Wesentlichen parallel zueinander, auf derselben Drehachse angeordnet sein. Die Drehbewegung der beiden Rotoren findet somit jeweils in einer Bewegungsebene statt, welche beiden Bewegungsebenen der beiden Rotoren zueinander parallel und im Wesentlichen senkrecht auf der Drehachse stehen. Das Rotorgehäuse kann somit entsprechend kompakt ausgeführt werden, da die beiden Rotoren nebeneinander bzw. „übereinander“ angeordnet werden können.
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Die wenigstens zwei Rotoren können nach einer weiteren Ausgestaltung derselben Abtriebswelle oder wenigstens zwei unterschiedlichen Abtriebswellen zugeordnet sein. Die Rotoreinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, die wenigstens zwei Abtriebswellen mit jeweils wenigstens einem Rotor anzutreiben oder eine gemeinsame Abtriebswelle mit den wenigstens zwei Rotoren anzutreiben. Hierbei können die beiden Rotoren die wenigstens eine Abtriebswelle oder die unterschiedlichen Abtriebswellen gleichzeitig oder zuschaltbar antreiben, sodass insbesondere in Bezug auf die Ausgestaltung in der zwei Rotoren dieselbe Antriebswelle antreiben, eine wahlweise Kopplung der beiden Rotoren an dieselbe Abtriebswelle bestehen kann.
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Der Scheibenläufermotor kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass die wenigstens zwei Rotoren unterschiedliche Drehrichtung aufweisen oder wenigstens zwei Rotoren dieselbe Drehrichtung aufweisen. Entsprechende Kombinationen sind ebenso möglich, wonach wenigstens zwei Rotoren dieselbe Drehrichtung aufweisen und wenigstens ein Rotor eine davon abweichende Drehrichtung aufweist. Hierbei sind auch weitere Ausgestaltungen mit mehr als drei Rotoren möglich, wobei beispielsweise eine paarweise oder gruppenweise Anordnung und Drehrichtung von Rotoren möglich ist. Die Drehrichtungen ergeben sich für die Rotoren in Abhängigkeit der Ansteuerung des Scheibenläufermotors, insbesondere der Bestromung der Leiterbereiche. Die gleichsinnige oder unterschiedliche Drehrichtung bezeichnet hier die Drehrichtung der beiden Rotoren bei der Bereitstellung eines definierten Drehmoments. Das bedeutet, dass bei einer gleichsinnigen Drehungrichtung beide Rotoren gleichzeitig in die gleiche Richtung drehen und bei einer unterschiedlichen Drehrichtung die beiden Rotoren in unterschiedliche Richtungen drehen.
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Die Drehbewegung der Rotoren kann dabei auf eine oder mehrere Abtriebswellen übertragen werden, wobei die Drehbewegung wenigstens eines Rotors auch übersetzt werden kann. Hierbei ist es folglich möglich, mittels der wenigstens zwei Rotoren Drehmoment auf unterschiedliche Abtriebswellen aufzubringen. Durch die Anordnung bzw. Drehrichtung der Rotoren unterschiedlich oder gleichsinnig, können insbesondere Kreiselkräfte reduziert werden bzw. ein auf die Abtriebswelle aufgebrachtes Drehmoment kann gleichmäßiger aufgebracht werden.
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Die wenigstens zwei Rotoren sind dabei stets mit einer Rotorwelle gekoppelt, wobei eine Verbindung der wenigstens zwei Rotoren mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder separaten Rotorwellen möglich ist. Die Rotorwelle oder die beiden Rotorwellen sind folglich mit der Abtriebswelle oder den mehreren Abtriebswellen verbunden, sodass das von den wenigstens zwei Rotoren erzeugte Drehmoment letztlich an die Abtriebswelle oder die Abtriebswellen geleitet werden kann. Hierbei können die wenigstens zwei Rotoren unabhängig voneinander bewegt werden und somit unterschiedlichen Abtriebswellen Drehmoment bereitstellen. Sind die beiden Rotoren derselben Abtriebswelle zugeordnet, wird das gesamte Drehmoment, also die Summe der beiden von den Rotoren erzeugten Drehmomente in die gleiche Richtung erzeugt, sodass diese auf die Abtriebswelle aufgebracht werden kann. Bei unterschiedlichen Abtriebswellen können die Drehmomente auch in unterschiedliche Richtungen erzeugt werden.
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Die wenigstens zwei Rotoren der beschriebenen Rotoreinrichtung sind nach einer weiteren Ausgestaltung in demselben Rotorgehäuse angeordnet. Nach einer alternativen Ausgestaltung kann jedem der Rotoren oder gruppenweise auch einzelne Rotorgehäuse zugeordnet werden, die derselben Rotoreinrichtung zugeordnet sind. Bei der Anordnung der wenigstens zwei Rotoren in demselben Rotorgehäuse sind diese bevorzugt übereinander in Bezug auf die Drehachse angeordnet, d.h., dass die Rotoren parallel zueinander und senkrecht zur Drehachse innerhalb des Rotorgehäuses angeordnet sind.
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Der Scheibenläufermotor kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass wenigstens eine Komponente des Scheibenläufermotors, insbesondere ein Leiterbereich oder ein Magnetbereich, derart zwischen zwei Rotoren angeordnet ist, dass die sich in dem Rotorgehäuse zwischen den zwei Rotoren befindende Komponente von beiden Rotoren nutzbar ist. Zwischen den beiden Rotoren kann somit eine „Mittelebene“ bereitgestellt werden, die von beiden Rotoren genutzt werden kann. An der Mittelebene können somit Magnetbereiche oder Leiterbereiche angeordnet werden, die für den Betrieb des Scheibenläufermotors erforderlich sind. Wie zuvor beschrieben, ist es unerheblich, ob der Rotor die Leiter oder die Magnete aufweist oder ob der entsprechende Stator die Magnete oder die Leiter aufweisen. Die entsprechenden Beschreibungen sind daher stets umkehrbar.
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Somit können die beiden Rotoren beispielsweise die Leiterbereiche oder die Magnetbereiche aufweisen, wobei die entsprechenden Teile des Stators dazu umgekehrt die Magnetbereiche oder die Leiterbereiche aufweisen. In der Mittelebene sind somit Magnetbereiche oder Leiterbereiche angeordnet, die entsprechend mit den Leiterbereichen oder Magnetbereichen der Rotoren wechselwirken. Dabei ist es nicht erforderlich, für jeden Rotor einzelne Leiterbereiche oder Magnetbereiche im Stator vorzusehen, sondern der Stator kann eine Mittelebene bereitstellen, die von beiden Rotoren benutzt wird. Weist die Rotoreinrichtung mehr als zwei Rotoren auf, können jeweils Mittelebenen zwischen zwei in axialer Richtung benachbarten Rotoren vorgesehen sein.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenläufermotors kann wenigstens ein Rotor unmittelbar an die Rotorwelle gekoppelt sein und/oder wenigstens ein Rotor kann mittels eines Umlenkgetriebes, insbesondere eines Planetengetriebes, mit der Rotorwelle gekoppelt sein. Bei der Variante, die eine unmittelbare Kopplung der Rotoren an die Rotorwelle vorsieht, können die beiden Rotoren insbesondere an derselben Rotorwelle angeordnet sein, die beispielsweise wiederum mit der wenigstens einen Abtriebswelle verbunden ist. Das Umlenkgetriebe kann alternativ ermöglichen, die Drehrichtung der Rotoren unterschiedlich zu wählen und mittels des Umlenkgetriebes, insbesondere eines Planetengetriebes, eine entsprechende Übersetzung der Rotordrehung auf die Rotorwelle vorzunehmen.
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Neben einer Umkehrung der Drehrichtung, beispielsweise falls die wenigstens zwei Rotoren unterschiedliche Drehrichtung aufweisen, das Drehmoment jedoch auf dieselbe Abtriebswelle übertragen werden soll, kann das Umlenkgetriebe auch eine Übersetzung der Drehzahl vornehmen, beispielsweise wenn die beiden Rotoren unterschiedliche Leistungsbereiche aufweisen. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein erster Rotor ausschließlich bei niedrigen Drehzahlen und beide Rotoren bei höheren Drehzahlen verwendet werden. Ebenso ist es möglich, jedem Rotor einen definierten Drehzahlbereich zuzuweisen, wobei ein erster Rotor in einem ersten Drehzahlbereich und der zweite Rotor aufgrund des Umlenkgetriebes in einem zweiten Drehzahlbereich die Rotorwelle antreibt.
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Ebenso kann ein erster Rotor eine erste Rotorwelle und ein zweiter Rotor eine zweite Rotorwelle antreiben, wobei der erste Rotor oder der zweite Rotor mittels eines Umlenkgetriebes mit der jeweiligen Rotorwelle verbunden ist, sodass die Drehrichtungen der Rotoren zwar unterschiedlich sind, die Rotorwellen jedoch gleichsinnig angetrieben werden, insbesondere um Kreiselkräfte auf das Rotorgehäuse zu reduzieren.
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Das beschriebene Umlenkgetriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein oder ein solches umfassen, wobei der Rotor an ein Hohlrad gekoppelt ist, das mit wenigstens einem Planetenrad kämmt, das an einem Abstützabschnitt des Rotorgehäuses drehbar angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Planetenrad mit einem Sonnenrad kämmt, das mit der dem Rotor zugeordneten Rotorwelle gekoppelt ist. Das Planetenrad kann, wie zuvor beschrieben, zum einen die Drehrichtung umsetzen, sodass die beiden Rotoren die Rotorwellen in unterschiedliche Drehrichtungen drehen oder eine gemeinsame Rotorwelle bei unterschiedlichen Drehrichtungen der Rotoren in die gleiche Richtung drehen. Daneben ist es ebenso möglich, Drehzahl und Drehmoment zu übersetzen, sodass das gewünschte Drehmoment und die gewünschte Drehzahlen der Rotorwelle erreicht wird.
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Das Übersetzungsverhältnis des Umlenkgetriebes kann nach einer weiteren Ausgestaltung anpassbar oder auf einen definierten unterschiedlichen Drehzahlbereich der wenigstens zwei Rotoren angepasst sein. Wie zuvor beschrieben, kann somit jeweils ein Rotor für einen eigenen Drehzahlbereich vorgesehen sein, in dem der Rotor effizient betrieben werden kann. Die Anpassung der Drehzahl und/oder des Drehmoments ist hierbei möglich, sodass beispielsweise auch ein schaltbares oder anpassbares Umlenkgetriebe verwendet werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Rotoreinrichtung wenigstens drei Rotoren aufweisen, die derart angeordnet werden können, dass die Rotoreinrichtung dazu ausgebildet ist, auf die wenigstens eine Abtriebswelle übertragenes Drehmoment symmetrisch zu erzeugen. Hierbei können die beschriebenen drei Rotoren entsprechend angeordnet werden, sodass das resultierende Drehmoment gleichförmig übertragen werden kann und Kreiselkräfte auf das Rotorgehäuse minimiert werden können. Bei Verwendung von drei Rotoren können beispielsweise der obere Rotor und der untere Rotor in eine erste Richtung drehen und der mittlere Rotor in eine andere Richtung drehen. Bei vier Rotoren ist eine paarweise Anordnung oder eine Überkreuzanordnung ebenfalls möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 einen Ausschnitt des Scheibenläufermotors von 1;
- 3 einen Ausschnitt des Scheibenläufermotors von 1, 2;
- 4 einen Ausschnitt des Scheibenläufermotors von 1-3;
- 5 einen Ausschnitt des Scheibenläufermotors von 1-4;
- 6 einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 7 einen Ausschnitt des Scheibenläufermotors von 6; und
- 8 einen Ausschnitt des Scheibenläufermotors 6, 7.
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Die 1 - 5 zeigen einen Ausschnitt eines Scheibenläufermotors 1, zum Beispiel einen Scheibenläufermotor 1 für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Der Scheibenläufermotor 1 umfasst eine Rotoreinrichtung 2, die ein Rotorgehäuse 3 und zwei in dem Rotorgehäuse 3 aufgenommene Rotoren 4, 5 aufweist. Die Darstellung mit zwei Rotoren 4, 5 ist lediglich beispielhaft. Der Scheibenläufermotor 1 kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl von Rotoren 4, 5 aufweisen, beispielsweise drei oder vier.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Rotoren 4, 5 mit derselben Rotorwelle 6 verbunden, das heißt, dass beide Rotoren 4, 5 im Betrieb gleichsinnig gedreht werden und entsprechend ein gleichgerichtetes Drehmoment auf die Rotorwelle 6 aufbringen, die wiederum mit einer Abtriebswelle (nicht gezeigt) gekoppelt ist. In der nachfolgenden Beschreibung weisen die Rotoren 4, 5 Magnetelemente 7 aufweisende Magnetbereiche 8 auf und der Stator 9 weist Leiterelemente 10 aufweisende Leiterbereiche 11 auf. Die Zuordnung der Leiterbereiche 11 und der Magnetbereichen 8 ist auch umgekehrt möglich, sodass die Rotoren 4, 5 Leiterelemente 10 und der Stator 9 Magnetelemente 7 aufweisen könnte.
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Wie den 1-5 ferner entnommen werden kann, weist das Rotorgehäuse 3 eine Mittelebene 12 auf, die von den beiden Rotoren 4, 5 gemeinsam benutzt wird. Mit anderen Worten werden die Leiterelemente 10 des an der Mittelebene 12 angeordneten Leiterbereichs 11 von beiden Rotoren 4, 5 benutzt. 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Magnetelemente 7 in den Magnetbereichen 8 der beiden Rotoren 4, 5. Ersichtlich sind in Bezug auf jeden einzelnen Rotor 4, 5 die Magnetelemente 7 gleichgerichtet, d.h., dass deren Nordpole und Südpole in beiden axialen Ebenen sowie innerhalb jedes Rotors 4, 5 in Umfangsrichtung in die gleiche Richtung zeigen. Die Magnetelemente 7 einzelnen Rotoren4, 5 sind hingegen gegensätzlich gerichtet, sodass der Nordpol jedes Magnetelements 7 des ersten Rotors 4 in eine erste Richtung und der Nordpol jedes Magnetelements 7 des zweiten Rotors 5 in eine zweite Richtung zeigt, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung entgegengesetzt sind. Dies erlaubt insbesondere, dass die an der Mittelebene 12 angeordneten Leiterelemente 10 gemeinsam verwendet werden können.
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6 bis 8 zeigt einen Scheibenläufermotor 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Grundsätzlich sind sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf den Scheibenläufermotor 1 nach 1-5 beschrieben wurden, vollständig übertragbar. Dieselben Bezugszeichen werden daher für dieselben Bauteile verwendet.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die beiden Rotoren 4, 5 wiederum in Bezug auf dieselbe Drehachse 13 angeordnet, die die Position der Rotorwelle 6 festlegt, wobei lediglich der erste Rotor 4 unmittelbar an der Rotorwelle 6 angeordnet ist und der zweite Rotor 5 mittels eines Umlenkgetriebes 14 an der Rotorwelle 6 angeordnet ist. Das Umlenkgetriebe 14 ist als Planetengetriebe ausgebildet und weist ein unmittelbar mit der Rotorwelle 6 verbundenes Sonnenrad 15 auf, das mit Planetenrädern 16 kämmt, die über Wellen 17 an einem Abstützabschnitt 18 des Rotorgehäuses 3 angeordnet sind. Ersichtlich wird ein Luftspalt 19 zwischen dem Rotor 5 und der Rotorwelle 6 sowie zwischen der Mittelebene 12 und der Rotorwelle 6 ausgebildet, der verdeutlicht, dass es zwischen den entsprechenden Partnern eine Relativbewegung gibt. Demgegenüber ist der Rotor 4 direkt an die Rotorwelle 6 angebunden und bewegt sich somit unmittelbar mit der Rotorwelle 6 bzw. umgekehrt. Das Umlenkgetriebe 14 weist ferner ein Hohlrad 19 auf, das direkt mit dem Rotor 5 verbunden ist.
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Eine Drehbewegung des Rotors 5 wird somit über das Hohlrad 19 an die Planetenräder 16 übertragen, die über die Wellen 17 fest an einem Abstützabschnitt 18 des Gehäuses 3 abgestützt sind und mit dem Sonnenrad 15 kämmen, das mit der Rotorwelle 6 verbunden ist. Entsprechend wird die Bewegung des Rotors 5 in eine Drehbewegung der Rotorwelle 6 umgesetzt. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Übersetzungsverhältnis einstellbar bzw. auf einen definierten Drehzahlbereich eingestellt ist, sodass ein erster Drehzahlbereich über den Rotor 4 abgedeckt wird und ein zweiter Drehzahlbereich über den Rotor 5.
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Die 7 und 8 zeigen den Scheibenläufermotor 1 von 6 einmal in perspektivischer Ansicht, wobei ein Stück der Mittelebene 12 ausgeblendet ist (7). 8 zeigt insbesondere eine axiale Ansicht des Planetengetriebes 14, das bereits mit Bezug auf 6 beschrieben wurde. Ersichtlich kämmen hierbei die Planetenräder 16 zum einen mit dem Hohlrad 19 und zum anderen mit dem Sonnenrad 15. Da die Planetenräder 16 an den Wellen 17 mit dem Rotorgehäuse 3 fest verbunden sind, ist eine Relativbewegung nicht möglich. Stattdessen bewegt sich das Hohlrad 19 und das Sonnenrad 15 relativ zu den Planetenrädern 16, sodass die Drehbewegung von dem mit dem Rotor 5 gekoppelten Hohlrad 19 über die Planetenräder 16 an das Sonnenrad 15 und somit an die Rotorwelle 6 übertragen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenläufermotor
- 2
- Rotoreinrichtung
- 3
- Rotorgehäuse
- 4, 5
- Rotor
- 6
- Rotorwelle
- 7
- Magnetelement
- 8
- Magnetbereich
- 9
- Stator
- 10
- Leiterelement
- 11
- Leiterbereich
- 12
- Mittelebene
- 13
- Drehachse
- 14
- Umlenkgetriebe
- 15
- Sonnenrad
- 16
- Planetenrad
- 17
- Welle
- 18
- Abstützabschnitt
- 19
- Hohlrad
