DE102021119832A1

DE102021119832A1 - Electric machine, drive train with electric machine and method for operating the electric machine

Info

Publication number: DE102021119832A1
Application number: DE102021119832.1A
Authority: DE
Inventors: Jakob Bonart
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die eingerichtet ist, ein magnetisches Feld zu erzeugen, sowie einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine.The invention relates to an electrical machine that is set up to generate a magnetic field, as well as a drive train with an electrical machine and a method for operating an electrical machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die eingerichtet ist, ein magnetisches Feld zu erzeugen.The invention relates to an electrical machine that is set up to generate a magnetic field.

Elektrische Maschinen nutzen die Eigenschaften der elektromagnetischen Wechselwirkung zur Umsetzung von elektrischer Leistung in mechanische Leistung oder von mechanischer Leistung in elektrische Leistung. Zur Stabilisierung von elektrischen Maschinen sind üblicherweise mechanische Trag- und Stützkonstruktionen sowie Lager zur Führung von beweglichen Teilen vorgesehen.Electrical machines use the properties of electromagnetic interaction to convert electrical power into mechanical power or mechanical power into electrical power. To stabilize electrical machines, mechanical load-bearing and support structures and bearings for guiding moving parts are usually provided.

Zur Übertragung der mechanischen Leistung sind rotatorische elektrische Maschinen mit einer Welle gekoppelt, welche neben der umzusetzenden Leistung auch andere Belastungen übertragen kann. Diese Belastungen können zu unerwünschten Effekten, wie Anregungen in Lagern, dadurch bedingte Geräuschentwicklung und beschleunigter Abnutzung, führen.To transmit the mechanical power, rotary electrical machines are coupled to a shaft, which can also transmit other loads in addition to the power to be converted. These loads can lead to undesired effects such as excitation in bearings, resulting in noise and accelerated wear.

Da die typischerweise in der Leistungsübertragung eingesetzten Wälzlager nur eine geringe Dämpfung generieren, wird zur Abschwächung dieser Effekte eine mechanische Dämpfung, beispielsweise in Form von Gummielementen oder Quetschöldämpfern, unterhalb des Lagers oder direkt am Rotor eingesetzt. Zudem haben besonders veränderliche, auch über nur kurze Zeitanteile wirkende, Belastungen einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Wälzlagern.Since the roller bearings typically used in power transmission generate only little damping, mechanical damping, for example in the form of rubber elements or squeeze oil dampers, is used below the bearing or directly on the rotor to weaken these effects. In addition, particularly variable loads, even those that only act for short periods of time, have a significant influence on the service life of rolling bearings.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine und ein Verfahren für deren Betrieb zu verbessern. Insbesondere soll eine elektrische Maschine und ein Verfahren für deren Betrieb dahingehend verbessert werden, dass eine verbesserte Lagerung ermöglicht wird.Against this background, it is an object of the invention to improve an electrical machine and a method for its operation. In particular, an electrical machine and a method for its operation are to be improved in such a way that improved storage is made possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by an electrical machine having the features of claim 1 and a method according to claim 12. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine angegeben, die eingerichtet ist, ein asymmetrisches magnetisches Feld zu erzeugen, um eine Belastungskraft, welche auf die elektrische Maschine wirkt, wenigstens teilweise - also insbesondere hinsichtlich ihrer Wirkung zu einem Teil oder vollständig - zu kompensieren. Dabei kann sich die Belastungskraft aus mehreren Kräften (sprich Belastungen), die auf der elektrischen Maschine selbst, auf einer Leistungsübertragung oder auf äußeren Einflüssen beruhen, zusammensetzen. Dadurch kann eine Beanspruchung der elektrischen Maschine bzw. deren Komponenten reduziert und damit deren Lebensdauer erhöht werden.According to a first aspect of the invention, an electrical machine is specified which is set up to generate an asymmetrical magnetic field in order to at least partially compensate a loading force which acts on the electrical machine, ie in particular with regard to its effect partially or completely . The loading force can be made up of several forces (i.e. loads) that are based on the electrical machine itself, on a power transmission or on external influences. As a result, stress on the electrical machine or its components can be reduced and their service life can thus be increased.

Die elektrische Maschine kann eine Arbeitsmaschine oder eine Kraftmaschine sein, also zur Umsetzung von elektrischer Leistung in mechanische Leistung (Elektromotor) oder umgekehrt (elektrischer Generator) eingerichtet sein. Einige elektrische Maschinen können sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden. In weiteren Ausführungsformen kann die elektrische Maschine als Asynchronmotor, bei welchem ein Rotor einem Statordrehfeld zeitverzögert folgt, oder als fremd- oder eigenerregter Synchronmotor, bei welchem ein Rotor einer vorgegebenen Frequenz und einem magnetischen Drehfeld eines Stators folgt, ausgebildet sein.The electrical machine can be a working machine or a prime mover, ie it can be set up to convert electrical power into mechanical power (electric motor) or vice versa (electrical generator). Some electrical machines can be operated both as a motor and as a generator. In further embodiments, the electrical machine can be designed as an asynchronous motor in which a rotor follows a stator rotating field with a time delay, or as an externally or self-excited synchronous motor in which a rotor follows a predetermined frequency and a magnetic rotating field of a stator.

Wenigstens eine Maschinenkomponente der elektrischen Maschine weist eine Spulenanordnung auf, die mit elektrischem Strom bestromt werden kann, um ein magnetisches Feld zu erzeugen. Ein derart erzeugtes Magnetfeld oder erzeugte Magnetfelder kann/können durch die damit erzeugten Kräfte eine gezielte Bewegung der Maschinenkomponente oder mehrerer Maschinenkomponenten gegeneinander erwirken. Bei einer rotierenden elektrischen Maschine erfolgt die Leistungsumsetzung dabei über eine Drehbewegung an einer mit der elektrischen Maschine gekoppelten Welle. Die rotatorisch bewegten Komponenten der elektrischen Maschine, insbesondere die Welle, können zur Stabilisierung in wenigstens einem Lager geführt sein.At least one machine component of the electric machine has a coil arrangement that can be supplied with electric current in order to generate a magnetic field. A magnetic field or magnetic fields generated in this way can bring about a targeted movement of the machine component or several machine components against one another as a result of the forces generated thereby. In the case of a rotating electric machine, the power conversion takes place via a rotary movement on a shaft coupled to the electric machine. The components of the electrical machine that are moved in rotation, in particular the shaft, can be guided in at least one bearing for stabilization.

Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung basieren unter anderem auf der Idee, eine neben der Leistungsumsetzung der elektrischen Maschine auftretende Belastung, beispielsweise einer senkrecht zur Welle wirkenden Kraft, mittels einer Gegenkraft, welche auf einem asymmetrischen Magnetfeld basiert, zu kompensieren. Dazu wird vorgeschlagen, mittels der elektrischen Maschine ein derart inhomogen ausgebildetes Magnetfeld zu erzeugen, dass mittels des Magnetfelds die Gegenkraft zur einer auf die elektrische Maschine wirkenden, insbesondere mechanischen, Kraft geschaffen wird, um diese wenigstens teilweise aufzuheben bzw. auszugleichen. Die magnetisch erzeugte Gegenkraft und die Belastungskraft weisen hierzu vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen parallel verlaufende Wirkungslinien bzw. Wirkvektoren auf, wirken aber in entgegengesetzter Richtung. Durch eine derart erwirkte Kompensation der, insbesondere zusätzlichen, Belastung, wird eine beständige Entlastung der elektrischen Maschine, deren Komponenten und insbesondere deren Lager ermöglicht. Dies kann zu einer Erhöhung der Lebensdauer der elektrischen Maschine beitragen und/oder zur Verwendung günstigerer Komponenten, z.B. kleinerer Lager.Some embodiments of the present disclosure are based, inter alia, on the idea of compensating for a load occurring in addition to the power conversion of the electric machine, for example a force acting perpendicularly to the shaft, by means of a counterforce which is based on an asymmetric magnetic field. To this end, it is proposed to use the electric machine to generate such an inhomogeneous magnetic field that the magnetic field creates the counterforce to a particularly mechanical force acting on the electric machine in order to at least partially cancel or compensate for it. For this purpose, the magnetically generated counterforce and the loading force preferably have at least substantially parallel lines of action or action vectors, but act in opposite directions. Compensation of the, in particular additional, load effected in this way makes it possible for the electrical machine, its components and, in particular, its bearings to be continuously relieved. This can contribute to increasing the service life of the electrical machine and/or to Ver use of cheaper components, eg smaller bearings.

Ein magnetisches Feld beschreibt die räumliche Verteilung einer Kraftwirkung, die auf elektrische Ladungen und Ströme ausgeübt werden kann und kann ein statisches Magnetfeld oder ein Drehfeld sein oder sich aus einer Kombination dieser zusammensetzen. In einer elektrischen Maschine wird üblicherweise ein symmetrisches Feld generiert, um eine gleichförmige Bewegung von beweglichen Maschinenkomponenten zu bewirken. Hierzu wird nunmehr vorgeschlagen, ein asymmetrisches magnetisches Feld zu erzeugen, um eine, insbesondere definierte, Kraft zu erzeugen, die auf wenigstens eine Komponente der elektrischen Maschine wirken kann.A magnetic field describes the spatial distribution of a force that can be exerted on electrical charges and currents and can be a static magnetic field or a rotating field or a combination of these. A symmetrical field is usually generated in an electrical machine in order to cause a uniform movement of moving machine components. To this end, it is now proposed to generate an asymmetrical magnetic field in order to generate a force, in particular a defined force, which can act on at least one component of the electrical machine.

Das asymmetrische magnetische Feld weist insbesondere eine Asymmetrie in Form eines Gradienten der Magnetfeldstärke, insbesondere eine lokal erhöhte Magnetfeldstärke, auf bzw. ist durch eine derartige Asymmetrie charakterisiert. Diese magnetische Asymmetrie des Felds kann beispielsweise durch die offenbarten Ausführungsformen auf verschiedene Arten erreicht werden, insbesondere wie nachfolgend beschrieben.The asymmetric magnetic field has in particular an asymmetry in the form of a gradient of the magnetic field strength, in particular a locally increased magnetic field strength, or is characterized by such an asymmetry. This magnetic asymmetry of the field can be achieved in various ways, for example by the disclosed embodiments, particularly as described below.

Beispielsweise kann eine solche Asymmetrie eines Magnetfelds durch Vorsehen einer zusätzlichen Komponente in einem Bereich des magnetischen Felds erwirkt werden. Hierzu können konstruktive Mittel, beispielsweise eine Abschirmung, eine Isolierung und/oder wenigstens ein Permanentmagnet in einem Bereich der elektrischen Maschine oder des magnetischen Felds angeordnet sein. Hierdurch kann eine Asymmetrie in einem magnetischen Feld bewirkt werden.For example, such an asymmetry of a magnetic field can be brought about by providing an additional component in a region of the magnetic field. For this purpose, constructive means, for example shielding, insulation and/or at least one permanent magnet can be arranged in a region of the electrical machine or of the magnetic field. This can bring about an asymmetry in a magnetic field.

Bei einigen Ausführungsformen der elektrischen Maschine basiert die Belastungskraft wenigstens teilweise auf der Masse wenigstens einer Komponente der elektrischen Maschine. Insbesondere kann die Belastungskraft, welche durch das asymmetrische Magnetfeld wenigstens teilweise kompensierbar ist, eine Gewichtskraft einer Komponente, insbesondere eines Rotors oder eines Stators, der elektrischen Maschine sein. Durch den inerten Kraftausgleich, welcher durch diese Ausführungsform ermöglicht ist, kann eine Belastung der elektrischen Maschine und/oder mit dieser zusammenwirkender Komponenten, z.B. eines Lagers, reduziert werden, wodurch einem vorzeitigen Verschleiß entgegengewirkt werden kann.In some embodiments of the electric machine, the loading force is based at least in part on the mass of at least one component of the electric machine. In particular, the loading force, which can be at least partially compensated for by the asymmetrical magnetic field, can be a weight force of a component, in particular a rotor or a stator, of the electrical machine. Due to the inert force compensation, which is made possible by this embodiment, a load on the electrical machine and/or components interacting with it, e.g. a bearing, can be reduced, as a result of which premature wear can be counteracted.

Bei einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine mit einem Getriebe koppelbar und die Belastungskraft basiert wenigstens teilweise auf dem Getriebe, insbesondere auf einem Kraftfluss in dem Getriebe. Hierbei kann die elektrische Maschine mittels einer gelagerten, leistungsübertragenden Welle mit dem Getriebe gekoppelt sein.In one embodiment, the electric machine can be coupled to a transmission and the loading force is based at least in part on the transmission, in particular on a power flow in the transmission. In this case, the electric machine can be coupled to the transmission by means of a mounted, power-transmitting shaft.

In dem Getriebe können bei dynamischer Kraftübertragung bzw. Leistungsübertragung Zahnkräfte und Radialkräfte an den zur Kraftübertragung eingesetzten Zahnrädern und Zahnstangen des Getriebes wirken. Die auftretenden Radialkräfte können ineinander eingreifende Zahnräder und Zahnstangen radial in Richtung einer Zahnkranzmittelachse auseinander drücken. Diese Radialkräfte wirken insbesondere senkrecht zu einer zur leistungsübertragenden Welle, insbesondere einer Antriebswelle und/oder einer Abtriebswelle. Über die Welle können solche Radialkräfte auf deren Lager und/oder an die elektrische Maschine übertragen werden.In the case of dynamic power transmission or power transmission, tooth forces and radial forces can act on the gear wheels and toothed racks of the transmission used for power transmission. The radial forces that occur can push meshing gears and racks apart radially in the direction of a central axis of the gear rim. These radial forces act in particular perpendicularly to a power-transmitting shaft, in particular a drive shaft and/or an output shaft. Such radial forces can be transmitted via the shaft to its bearings and/or to the electrical machine.

Aus der, von dem Getriebe stammenden, Radialkraft und beispielsweise einer Gewichtskraft eines Rotors der elektrischen Maschine, kann sich eine kombinierte Gesamtbelastung bzw. die Belastungskraft ergeben, welche in einem Bereich eines Lagers der leistungsübertragenden Welle, wirken kann. Ein Bereich, in dem diese Belastung in dem Lager wirkt, wird als Lastzone bezeichnet.A combined total load or load force can result from the radial force originating from the transmission and, for example, a weight force of a rotor of the electrical machine, which can act in a region of a bearing of the power-transmitting shaft. An area where this load acts in the bearing is called the load zone.

Durch eine Ausführungsform der elektrischen Maschine, welche eingerichtet ist, mittels des asymmetrischen magnetischen Felds beispielsweise eine solche von dem Getriebe stammende Radialkraft zu kompensieren, kann die Lastzone in dem Lager der leistungsübertragenden Welle verringert werden. Wälzkörper, welche diese reduzierte Lastzone des Lagers durchrollen, sind einer geringeren Belastung ausgesetzt, wodurch beispielsweise eine Geräuschreduktion erwirkt werden kann.The load zone in the bearing of the power-transmitting shaft can be reduced by an embodiment of the electrical machine, which is set up to compensate, for example, such a radial force originating from the transmission by means of the asymmetric magnetic field. Rolling bodies that roll through this reduced load zone of the bearing are exposed to less stress, which means that noise can be reduced, for example.

Bei einer Ausführungsform beruht das asymmetrische magnetische Feld auf einer asymmetrischen Ausprägung eines magnetischen Widerstands, insbesondere eines Luftspalts, der elektrischen Maschine. Die Asymmetrie des Magnetfelds kann insbesondere dadurch erzeugt werden, dass in dem Bereich des Magnetfelds Materialien oder Stoffe unterschiedlichen magnetischen Widerstands angeordnet sind, welche das magnetische Feld beeinflussen bzw. mit diesem wechselwirken. Insbesondere kann durch eine Varianz solcher Materialien oder Stoffe radial zu einer Drehachse der elektrischen Maschine, eine effektive Beeinflussung des magnetischen Felds zur Bewirkung einer insbesondere vorbestimmten, insbesondere senkrecht zu der Drehachse wirkenden, magnetischen Gegenkraft erzielt werden.In one embodiment, the asymmetrical magnetic field is based on an asymmetrical manifestation of a magnetic resistance, in particular an air gap, of the electrical machine. The asymmetry of the magnetic field can be produced in particular by arranging materials or substances of different magnetic resistance in the area of the magnetic field, which influence the magnetic field or interact with it. In particular, through a variance of such materials or substances radially to an axis of rotation of the electrical machine, an effective influencing of the magnetic field can be achieved to bring about a particularly predetermined magnetic counterforce acting in particular perpendicularly to the axis of rotation.

Beispielsweise kann ein Luftspalt der elektrischen Maschine zur Ausprägung einer solchen stofflichen Unregelmäßigkeit genutzt werden: Eine Ausführungsform der Erfindung weist einen Luftspalt einer vorbestimmten Geometrie zur Erzeugung des asymmetrischen magnetischen Felds auf. Beispielsweise kann der Luftspalt, insbesondere ein Querschnitt des Luftspalts, durch zwei ineinander liegende, nichtkonzentrische Kreise, Ellipsen oder Freiformen beschrieben sein. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Luftspalt über dessen Längserstreckung wenigstens teilweise variabel ausgebildet ist, also beispielsweise durch zwei ineinander liegende, nichtkonzentrische Kegelstümpfe beschrieben ist. Insbesondere weist der Luftspalt in einem radialen Bereich, welcher durch eine Wirkungslinie der Belastungskraft geschnitten wird, einen verringerten Querschnitt auf, um die Wirkungslinie bzw. Richtung der durch das asymmetrische Magnetfeld erzeugten Kraft auf die Belastungskraft abzustimmen und so eine effektive Kompensation zu ermöglichen.For example, an air gap of the electrical machine can be used to develop such a material irregularity: one embodiment of the invention has an air gap a predetermined geometry for generating the asymmetric magnetic field. For example, the air gap, in particular a cross section of the air gap, can be described by two non-concentric circles, ellipses or free forms lying one inside the other. In addition or as an alternative, it can be provided that the air gap is at least partially variable over its longitudinal extent, ie is described, for example, by two non-concentric truncated cones lying one inside the other. In particular, the air gap has a reduced cross-section in a radial area which is intersected by a line of action of the loading force in order to match the line of action or direction of the force generated by the asymmetric magnetic field to the loading force and thus enable effective compensation.

Durch eine gezielte Auslegung des magnetischen Widerstands bzw. des Luftspalts der elektrischen Maschine, kann eine zuverlässige Beeinflussung des magnetischen Felds erwirkt und somit eine zuverlässige Kompensation einer mechanischen Belastung ermöglicht werden.A targeted design of the magnetic resistance or the air gap of the electrical machine can reliably influence the magnetic field and thus enable reliable compensation of a mechanical load.

Bei einer Ausführungsform weist die elektrische Maschine wenigstens eine bestrombare Spulenanordnung auf, die eingerichtet ist, ein asymmetrisches magnetisches Feld zu erzeugen. Mittels einer derartig ausgebildeten Ausführungsform kann beispielsweise ein asymmetrisches Magnetfeld auch bei einer elektrischen Maschine mit einem Luftspalt erzeugt werden, dessen Querschnitt durch zwei konzentrische Kreise beschrieben ist, oder bei der ein Rotor und ein Stator der elektrischen Maschine auf einer gemeinsamen Mittelachse gelagert sind.In one embodiment, the electrical machine has at least one coil arrangement that can be energized and is set up to generate an asymmetrical magnetic field. Such an embodiment can be used, for example, to generate an asymmetrical magnetic field in an electric machine with an air gap whose cross section is described by two concentric circles, or in which a rotor and a stator of the electric machine are mounted on a common central axis.

Die Spulenanordnung weist wenigstens eine Spule auf, die bei Anregung durch einen Erregerstrom ein magnetisches Feld erzeugt. Die Spule weist dabei wenigstens eine Windung eines Stromleiters aus Draht auf, welche auf einem Spulenkörper gewickelt sein kann. Eine Asymmetrie des Magnetfelds kann beispielsweise durch eine Belastungskonfiguration wenigstens einer Spule oder der Spulenanordnung erzielt werden. Hierbei kann eine die Asymmetrie erzeugende Spulenanordnung innenseitig, außenseitig, statorseitig und/oder rotorseitig an der elektrischen Maschine angeordnet sein.The coil arrangement has at least one coil which, when excited by an excitation current, generates a magnetic field. In this case, the coil has at least one turn of a current conductor made of wire, which can be wound on a coil body. An asymmetry of the magnetic field can be achieved, for example, by a loading configuration of at least one coil or the coil arrangement. In this case, a coil arrangement that generates the asymmetry can be arranged on the inside, outside, on the stator side and/or on the rotor side of the electrical machine.

Beispielsweise kann eine Windungszahl in einem Bereich der Spule oder Spulenanordnung erhöht sein, um eine Stärke des Magnetfelds in diesem Bereich zu erhöhen und dadurch ein asymmetrisches magnetisches Feld zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Windungsform, ein Drahtdurchmesser, ein Windungsmaterial und/oder ein Spulenkörpermaterial in einem Bereich der Spule eine Ausprägung aufweisen, die eine Stärke des erzeugten Magnetfelds lokal beeinflusst und dadurch eine Asymmetrie in der Magnetfeldstärke bewirkt. Durch Vorsehen einer solchen Spulenanordnung kann die Asymmetrie des Magnetfelds einfach bestimmt und bezüglich der Belastungskraft angepasst sein.For example, a number of turns in an area of the coil or coil arrangement can be increased in order to increase the strength of the magnetic field in this area and thereby generate an asymmetric magnetic field. Alternatively or additionally, a winding shape, a wire diameter, a winding material and/or a coil body material in a region of the coil can have a characteristic that locally influences the strength of the generated magnetic field and thereby causes an asymmetry in the magnetic field strength. By providing such a coil arrangement, the asymmetry of the magnetic field can be easily determined and adjusted with respect to the loading force.

Bei einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine eingerichtet, die wenigstens eine Spulenanordnung derart zu bestromen, dass ein asymmetrisches magnetisches Feld erzeugt wird. Eine Spule bzw. Spulenanordnung erzeugt ein Magnetfeld, wenn sie von Strom durchflossen wird. Eine Stärke des Magnetfeldes ist abhängig von einer Stromstärke in der Spule; je größer eine Erregerstromstärke ist, desto stärker ist das Magnetfeld der Spule. Beispielsweise kann eine Stromversorgung der Spulenanordnung derart ansteuerbar ausgebildet sein, dass wenigstens ein Bereich der Spulenanordnung eine größere Stromstärke aufweisen kann als übrige Bereiche der Spulenanordnung. Hierdurch kann ein Gradient einer Magnetfeldstärke erzeugt werden, aus welchem eine Kraft resultiert, mittels derer die Belastungskraft kompensierbar ist.In one embodiment, the electrical machine is set up to energize the at least one coil arrangement in such a way that an asymmetrical magnetic field is generated. A coil or coil arrangement generates a magnetic field when current flows through it. A strength of the magnetic field depends on a current strength in the coil; the greater an excitation current, the stronger the magnetic field of the coil. For example, a power supply of the coil arrangement can be designed to be controllable in such a way that at least one area of the coil arrangement can have a higher current strength than other areas of the coil arrangement. In this way, a gradient of a magnetic field strength can be generated, from which a force results, by means of which the loading force can be compensated.

Hierzu kann beispielsweise wenigstens eine Spule einer Spulenanordnung, insbesondere einer Spulenanordnung gleichartiger Spulen, stärker bestromt werden als andere Spulen. Entsprechend kann vorgesehen sein, wenigstens eine weitere Spule weniger stark zu bestromen als übrige Spulen einer Spulenanordnung. Solche unterschiedlich bestromten Spulen können einander, beispielsweise in Bezug auf eine Mittelachse der elektrischen Maschine, gegenüberliegen. Hierdurch kann in einem Bereich des durch die elektrische Maschine erzeugten Magnetfelds eine Magnetfeldstärke erzeugt werden, die höher ist als im übrigen Magnetfeld. Aus diesem asymmetrischen Magnetfeld kann eine Kraft resultieren, mittels derer der Belastungskraft entgegengewirkt werden kann, um diese zu kompensieren.For this purpose, for example, at least one coil of a coil arrangement, in particular a coil arrangement of coils of the same type, can be supplied with more current than other coils. Accordingly, it can be provided that at least one further coil is supplied with less current than other coils of a coil arrangement. Such differently energized coils can be opposite one another, for example in relation to a central axis of the electrical machine. As a result, a magnetic field strength that is higher than in the rest of the magnetic field can be generated in a region of the magnetic field generated by the electrical machine. A force can result from this asymmetrical magnetic field, by means of which the loading force can be counteracted in order to compensate for it.

Zum Steuern der Bestromung der Spulenanordnung kann die elektrische Maschine eine Steuerung aufweisen, die eingerichtet ist, eine Stromversorgung wenigstens einer Spulenanordnung, insbesondere in Abhängigkeit der Belastungskraft, zu steuern, um ein asymmetrisches Magnetfeld zu erzeugen. So kann beispielsweise die Belastungskraft gemessen werden und die Steuerung kann in Abhängigkeit dieser Messung die Stromversorgung der Spule anpassen. Auf diese Weise kann auch variablen Belastungen effektiv entgegengewirkt werden.In order to control the energization of the coil arrangement, the electrical machine can have a controller which is set up to control a power supply of at least one coil arrangement, in particular as a function of the loading force, in order to generate an asymmetrical magnetic field. For example, the load force can be measured and the controller can adjust the power supply to the coil depending on this measurement. In this way, variable loads can also be effectively counteracted.

Insgesamt kann mittels der beschriebenen Ausführungsform bei einem einfachen, insbesondere konstruktiv unverändertem, Aufbau der elektrischen Maschine eine wenigstens teilweise Kompensation einer, insbesondere externen, Belastung flexibel ausgestaltet sein.Overall, at least partial compensation can be achieved by means of the described embodiment with a simple structure of the electrical machine, in particular one that is structurally unchanged a, in particular external, load be designed flexibly.

Bei einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist das asymmetrische magnetische Feld derart entlang einer Achse verzerrt ausgebildet, dass eine magnetische Kraft entlang dieser Achse aus dieser Verzerrung resultiert. Diese resultierende magnetische Kraft, kann die Belastungskraft wenigstens teilweise kompensieren bzw. dieser entgegenwirken.In one embodiment of the electrical machine, the asymmetrical magnetic field is distorted along an axis in such a way that a magnetic force along this axis results from this distortion. This resulting magnetic force can at least partially compensate for or counteract the loading force.

Eine solche Achse kann beispielsweise senkrecht auf einer Mittelachse der elektrischen Maschine oder einer Mittelachse eines Rotors und/oder Stators stehen. Die Achse ist vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen parallel zu einer Wirkungslinie der Belastungskraft ausgerichtet, wobei die Belastungskraft eine Gesamtbelastung aus verschiedenen, insbesondere von außen wirkenden, Belastungen sein kann.Such an axis can, for example, be perpendicular to a central axis of the electrical machine or a central axis of a rotor and/or stator. The axis is preferably aligned at least essentially parallel to a line of action of the loading force, it being possible for the loading force to be a total load from different loads, in particular loads acting from outside.

Zur Kraftkompensation kann beispielsweise ein Maximum und/oder ein Minimum der magnetischen Feldstärke des asymmetrischen Magnetfelds auf der Achse liegen, die der Wirkungslinie der Belastungskraft entspricht. Somit kann ein asymmetrisches Magnetfeld erzeugt werden, aus dem eine magnetische Kraft mit einer Wirkungslinie resultiert, welche zu der Wirkungslinie der Belastungskraft zumindest im Wesentlichen parallel ausgerichtet ist und insbesondere mit dieser zusammenfällt, wobei die beiden Kräfte in entgegengesetzten Richtungen wirken.For force compensation, for example, a maximum and/or a minimum of the magnetic field strength of the asymmetrical magnetic field can lie on the axis that corresponds to the line of action of the loading force. An asymmetrical magnetic field can thus be generated, from which a magnetic force results with a line of action which is at least substantially parallel to the line of action of the loading force and in particular coincides with it, with the two forces acting in opposite directions.

Durch die Verzerrung des Magnetfelds entlang einer Achse kann eine Ausrichtung der Gegenkraft auf die Richtung bzw. Wirkungslinie der vorbestimmten Last abgestimmt werden, wodurch eine zuverlässige Kompensation ermöglicht wird.By distorting the magnetic field along an axis, alignment of the counterforce with the direction or line of action of the predetermined load can be matched, thereby enabling reliable compensation.

Bei einer Ausführungsform weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, wobei eine Mittelachse des Rotors echt parallel zu einer Mittelachse des Stators ausgerichtet ist - insbesondere sind also die beiden Mittelachsen zwar parallel, aber nicht deckungsgleich, sondern beabstandet voneinander. Hierbei weisen die Mittelachsen insbesondere einen vorbestimmten Abstand zueinander auf und sind in einer Ebene, deren Flächennormale einer der Mittelachsen ist, in einem vorbestimmten Winkel zueinander angeordnet.In one embodiment, the electrical machine has a stator and a rotor, with a central axis of the rotor being aligned truly parallel to a central axis of the stator—in particular, the two central axes are parallel, but not congruent, but spaced apart from one another. In this case, the central axes are in particular at a predetermined distance from one another and are arranged at a predetermined angle to one another in a plane whose surface normal is one of the central axes.

Hierbei kann der Rotor den Stator umschließen, oder der Stator den Rotor, wobei eine mechanische Lagerung und/oder eine Lagerung auf Basis magnetischer Kräfte vorgesehen sein kann. Durch die achsparallele Anordnung der Mittelachsen zueinander kann ein axial gleichmäßiges asymmetrisches Magnetfeld erzeugt werden, um einen ruhigen Lauf der elektrischen Maschine zu ermöglichen und eine Stabilität der elektrischen Maschine zu verbessern.In this case, the rotor can enclose the stator, or the stator can enclose the rotor, in which case a mechanical bearing and/or a bearing based on magnetic forces can be provided. By arranging the center axes parallel to one another, an axially uniform, asymmetric magnetic field can be generated in order to enable the electric machine to run smoothly and to improve the stability of the electric machine.

Bei einer Ausführungsform der elektrischen Maschine ist der Rotor exzentrisch in dem Stator gelagert ist. Insbesondere kann ein Rotor mittels eines Lagerschilds derart ausgerichtet sein, dass seine Mittelachse im Wesentlichen parallel, insbesondere echt parallel, zu dem Stator angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung ist es möglich, den Rotor, eine leistungsübertragende Welle sowie ein oder mehrere Lager der Welle und einen Getriebeeingang auf einer Achse anzuordnen, wodurch eine Leistungsübertragung zwischen Getriebe und Rotor vereinfacht realisierbar ist.In one embodiment of the electrical machine, the rotor is mounted eccentrically in the stator. In particular, a rotor can be aligned by means of an end shield in such a way that its central axis is arranged essentially parallel, in particular genuinely parallel, to the stator. Such an arrangement makes it possible to arrange the rotor, a power-transmitting shaft and one or more bearings of the shaft and a transmission input on one axis, as a result of which power transmission between the transmission and the rotor can be implemented in a simplified manner.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang angegeben, der eine erfindungsgemäße elektrische Maschine sowie ein Getriebe aufweist, wobei die elektrische Maschine dazu ausgebildet ist, das Getriebe anzutreiben. Hierbei sind die elektrische Maschine und das Getriebe über eine leistungsübertragende Welle miteinander verbunden, die mittels wenigstens eines Lagers gelagert ist. Ein solches Lager ist insbesondere als Wälzlager, beispielsweise in Form eines Kugelrollenlagers, eines Zylinderrollenlagers, eines Tonnenlagers oder eines Nadellagers ausgebildet. Insbesondere kompensiert das, mittels der elektrischen Maschine erzeugte, Magnetfeld etwa 60% bis 80% der Belastungskraft, um eine stabile Führung der Welle im Lager zu ermöglichen.According to a further aspect of the invention, a drive train is specified which has an electric machine according to the invention and a transmission, the electric machine being designed to drive the transmission. In this case, the electrical machine and the transmission are connected to one another via a power-transmitting shaft, which is mounted by means of at least one bearing. Such a bearing is designed in particular as a roller bearing, for example in the form of a ball roller bearing, a cylindrical roller bearing, a spherical roller bearing or a needle bearing. In particular, the magnetic field generated by the electric machine compensates for around 60% to 80% of the load force in order to enable the shaft to be guided stably in the bearing.

Durch die mittels der elektrischen Maschine bereitgestellte Kraftkompensation kann eine durch Gewichtskraft und/oder durch eine getriebebedingt auftretende Radialkraft hervorgerufene Belastung der Komponenten des Antriebsstrangs reduziert werden, um insbesondere eine Geräuschreduktion, insbesondere im Bereich des wenigstens einen Lagers, zu erwirken und eine Lebensdauer des Antriebsstrangs zu erhöhen.By means of the force compensation provided by the electric machine, a load on the components of the drive train caused by weight and/or by a radial force occurring as a result of the gearbox can be reduced in order in particular to achieve a noise reduction, in particular in the area of the at least one bearing, and to extend the service life of the drive train increase.

Bei einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist wenigstens ein Lager des Antriebsstrangs in Abhängigkeit des asymmetrischen magnetischen Felds ausgebildet. Ein Lager des Antriebsstrangs kann derart ausgebildet sein, dass eine durch die hierin beschriebene elektrische Maschine kompensierbare Kraft bei der Auslegung des Lagers unberücksichtigt bleibt und damit eine geringere Lastaufnahme als Basis für die Dimensionierung des Lagers dient. Hierdurch ist es ermöglicht, ein oder mehrere Lager kleiner auszubilden, was wiederum eine Gewichtsreduktion bewirken kann.In one embodiment of the drive train, at least one bearing of the drive train is designed as a function of the asymmetric magnetic field. A bearing of the drive train can be designed in such a way that a force that can be compensated for by the electric machine described herein is not taken into account when designing the bearing, and a lower load absorption thus serves as the basis for the dimensioning of the bearing. This makes it possible to design one or more bearings smaller, which in turn can bring about a reduction in weight.

Einen weiteren Aspekt der Offenbarung bildet ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine (insbesondere als Antriebsmaschine) und/oder einem hierin beschriebenem Antriebsstrang. Die Maschine kann zum Antrieb und/oder zur elektrischen Energiegewinnung konfiguriert sein. Ein derartiges Kraftfahrzeug bietet insbesondere einen gesteigerten Komfort durch einen geräuschreduzierten Betrieb.A further aspect of the disclosure is a motor vehicle with at least one electric machine according to the invention (in particular other as prime mover) and/or a drive train described herein. The machine may be configured for propulsion and/or electrical power generation. Such a motor vehicle offers in particular increased comfort through noise-reduced operation.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine angegeben, wobei ein asymmetrisches magnetisches Feld mittels der elektrischen Maschine erzeugt wird, um eine Belastungskraft, welche auf die elektrische Maschine wirkt, wenigstens teilweise zu kompensieren. Dadurch kann eine Beanspruchung der elektrischen Maschine bzw. deren Komponenten reduziert und damit deren Lebensdauer erhöht werden.According to a further aspect of the invention, a method for operating an electrical machine is specified, with an asymmetrical magnetic field being generated by means of the electrical machine in order to at least partially compensate for a loading force which acts on the electrical machine. As a result, stress on the electrical machine or its components can be reduced and their service life can thus be increased.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird das asymmetrische magnetische Feld dadurch erzeugt, dass eine Spulenanordnung der elektrischen Maschine asymmetrisch bestromt wird. Insbesondere kann die Spulenanordnung zeitlich variabel bestromt werden, um das asymmetrische Magnetfeld entsprechend variabel zu beeinflussen und gegebenenfalls anzupassen.In one embodiment of the method, the asymmetrical magnetic field is generated in that a coil arrangement of the electrical machine is asymmetrically supplied with current. In particular, the coil arrangement can be supplied with current in a time-variable manner in order to influence the asymmetrical magnetic field in a correspondingly variable manner and, if necessary, to adjust it.

Beispielsweise kann die Spulenanordnung derart mit Strom versorgt werden, dass wenigstens ein Bereich der Spulenanordnung eine größere Stromstärke aufweist als übrige Bereiche der Spulenanordnung. Hierdurch kann in diesem Bereich eine höhere Magnetfeldstärke erzeugt werden, worauf die Kraft basiert, mittels derer die Belastungskraft kompensierbar ist. Hierzu kann beispielsweise wenigstens eine Spule der Spulenanordnung stärker bestromt werden als die übrigen Spulen.For example, the coil arrangement can be supplied with current in such a way that at least one area of the coil arrangement has a greater current intensity than other areas of the coil arrangement. As a result, a higher magnetic field strength can be generated in this area, on which the force is based, by means of which the loading force can be compensated. For this purpose, for example, at least one coil of the coil arrangement can be supplied with more current than the other coils.

Ein Bestromen der Spulenanordnung mit elektrischem Strom kann beispielsweise in Abhängigkeit der Belastungskraft erfolgen oder gesteuert werden. Hierbei kann die Belastungskraft gemessen werden und die Spulenanordnung in Abhängigkeit dieser Messung mit Strom versorgt werden, um eine Asymmetrie in der Magnetfeldstärke des Magnetfelds zu erzeugen, auf der eine Kraft basiert, welche die Belastungskraft wenigstens teilweise kompensieren kann. Auf diese Weise kann auch variablen Belastungen effizient entgegengewirkt werden, beispielsweise, wenn ein Fahrzeug bergauf oder bergab fährt.The coil arrangement can be supplied with electric current, for example, depending on the loading force or can be controlled. Here, the loading force can be measured and the coil arrangement can be supplied with current as a function of this measurement in order to generate an asymmetry in the magnetic field strength of the magnetic field, on which a force is based which can at least partially compensate for the loading force. In this way, variable loads can also be efficiently counteracted, for example when a vehicle is driving uphill or downhill.

Insgesamt ist mittels der beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens ein flexibles Kompensieren einer, insbesondere variablen externen Belastung ermöglicht.Overall, flexible compensation of an external load, in particular a variable one, is made possible by means of the described embodiment of the method.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Stromversorgung einer Spulenanordnung der elektrischen Maschine derart angesteuert wird, dass in einer radialen Richtung der elektrischen Maschine ein Maximum des magnetischen Felds erzeugt wird. Hierbei kann eine Mittelachse eines Rotors oder eines Stators, oder der elektrischen Maschine als Mittelpunkt für die radiale Richtung gewählt werden. Vorzugsweise wird das Maximum derart durch das Versorgen der Spulenanordnung mit Strom gesteuert, dass eine aus dem so erzeugten asymmetrischen Feld eine Kraft resultiert, welche die Belastungskraft wenigstens teilweise kompensiert. Zudem wird die radiale Richtung so gesteuert, dass die einer Wirkungslinie der Belastungskraft wenigstens im Wesentlichen entspricht.In one embodiment of the method, a power supply of a coil arrangement of the electrical machine is controlled in such a way that a maximum of the magnetic field is generated in a radial direction of the electrical machine. In this case, a center axis of a rotor or a stator, or of the electrical machine can be selected as the center point for the radial direction. The maximum is preferably controlled by supplying the coil arrangement with current in such a way that a force results from the asymmetric field thus generated, which force at least partially compensates for the loading force. In addition, the radial direction is controlled in such a way that it at least essentially corresponds to a line of action of the loading force.

Durch eine derartige Ansteuerung der Stromversorgung kann eine Wirkungslinie der Gegenkraft für die Belastungskraft gesteuert werden, wodurch eine effiziente und angepasste Kompensierung der Belastungskraft in einer oder mehreren Richtung/en erzielt werden kann.By controlling the power supply in this way, a line of action of the opposing force for the loading force can be controlled, as a result of which an efficient and adapted compensation of the loading force in one or more directions can be achieved.

Ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens eine hierin beschriebene elektrische Maschine und/oder einen hierin beschriebenen Antriebsstrang, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.A motor vehicle having at least one electric machine described herein and/or a drive train described herein is also the subject of the invention.

Die Merkmale einer Ausführungsform können mit denen einer anderen Ausführungsform im Rahmen der technischen Möglichkeiten frei kombiniert werden.The features of one embodiment can be freely combined with those of another embodiment within the scope of technical possibilities.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen (funktions-) ähnliche oder gleiche Bauteile und deren Beschreibung wird der Kürze wegen nur einmal gegeben.

1 zeigt einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine gemäß einer ersten beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Ansicht.
2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Lagers des Antriebsstrangs aus 1 in einer schematischen Ansicht.
3 zeigt schematisch einen beispielhaften Ablauf eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens.

Further advantages and application possibilities of the invention result from the following description in connection with the figures. In the various figures, the same reference numbers designate (functionally) similar or identical components and their description is given only once for the sake of brevity.

1 shows a drive train with an electric machine according to a first exemplary embodiment of the invention in a schematic view.
2 FIG. 12 shows a cross-sectional view of a bearing of the drive train 1 in a schematic view.
3 shows schematically an exemplary sequence of an embodiment of the method.

1 zeigt einen Antriebsstrang 10 mit einer elektrischen Maschine 12 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Dargestellt ist die elektrische Maschine 12, welche in dem Ausführungsbeispiel als Innenläufer ausgebildet ist, aufweisend einen Stator 13 und einen in dem Stator 13 exzentrisch angeordneten Rotor 14. Eine Mittelachse 24 des Rotors 14 und eine Mittelachse 23 des Stators 13 sind zueinander in einem vorbestimmten Abstand d beabstandet angeordnet. Der Abstand d und/oder ein radialer Winkel der Mittelachsen 23, 24 zueinander kann beispielsweise in Abhängigkeit einer zu kompensierenden Kraft ausgebildet sein. 1 shows a drive train 10 with an electric machine 12 according to a first embodiment. Shown is the electrical machine 12, which is designed as an internal rotor in the exemplary embodiment, having a stator 13 and a rotor 14 arranged eccentrically in the stator 13. A central axis 24 of the rotor 14 and a central axis 23 of the stator 13 are at a predetermined distance from one another d spaced apart. The distance d and/or a radial angle of the central axes 23, 24 to one another can be formed, for example, as a function of a force to be compensated.

Der Rotor 14 ist über eine Welle 15 zur Leistungsübertragung mit einem Getriebe 16 verbunden. Die Welle 15 ist dabei mittels eines Lagers 17 gelagert, wobei der Rotor 14, die Welle 15 und das Lager 17 die gleiche Mittelachse 24 aufweisen.The rotor 14 is connected to a gear 16 via a shaft 15 for power transmission. The shaft 15 is mounted by means of a bearing 17, the rotor 14, the shaft 15 and the bearing 17 having the same central axis 24.

Bei dem Getriebe 16 entsteht im Betrieb eine Radialkraft Fr, welche auf Zahnkräften bei der Kraft- bzw. Drehmomentübertragung basiert, die auf die Welle 15 und damit auf das Lager 17 bzw. die elektrische Maschine 12 wirkt. Die Radialkraft Fr weist eine Wirkungslinie und einen Betrag auf. Ferner ist eine Gewichtskraft Fg des Rotors 14 dargestellt, welche ebenfalls eine Wirkungslinie und einen Betrag aufweist.During operation, the transmission 16 produces a radial force Fr, which is based on tooth forces during the transmission of force or torque and acts on the shaft 15 and thus on the bearing 17 or the electric machine 12 . The radial force Fr has a line of action and a magnitude. A weight force Fg of the rotor 14 is also shown, which also has a line of action and a magnitude.

Durch die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte exzentrische Lagerung des Rotors 14 in dem Stator 13, wird ein asymmetrisches magnetisches Feld erzeugt, auf welchem eine Kraft Fm basiert, welche die Radialkraft Fr des Getriebes 16 und die Gewichtskraft Fg des Rotors 14 wenigstens teilweise kompensiert.The eccentric mounting of the rotor 14 in the stator 13 shown in this exemplary embodiment generates an asymmetrical magnetic field on which a force Fm is based, which at least partially compensates for the radial force Fr of the gear 16 and the weight Fg of the rotor 14.

In 2 ist eine Querschnittsdarstellung eines Lagers 17 des Antriebsstrangs 10 aus 1 entlang der dort dargestellten Schnittline A-A in einer schematischen Ansicht dargestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lager 17 als Wälzlager ausgebildet und weist einen Außenring 18 und einen Innenring 19 auf. Der Innenring 19 ist mechanisch mit der lastübertragenden Welle 15 des Antriebsstrangs 10 verbunden. Zwischen dem Außenring 18 und dem Innenring 19 sind Wälzkörper 20 angeordnet, um radiale und/oder axiale Kräfte aufzunehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle 15 zu ermöglichen.In 2 12 is a cross-sectional view of a bearing 17 of the powertrain 10. FIG 1 shown in a schematic view along the section line AA shown there. In the illustrated embodiment, the bearing 17 is designed as a roller bearing and has an outer ring 18 and an inner ring 19 . The inner ring 19 is mechanically connected to the load-transmitting shaft 15 of the drive train 10 . Rolling elements 20 are arranged between the outer ring 18 and the inner ring 19 in order to absorb radial and/or axial forces and at the same time allow the rotation of the shaft 15 .

Gezeigt ist eine graphische, nicht maßstäbliche Darstellung der Kräfte Fr, Fg und Fm der 1 zur Veranschaulichung. Vereinfacht ist der Angriffspunkt der Kräfte Fr, Fg und Fm in dem Schwerpunkt des Innenrings 19 mit Welle 15 dargestellt.A graphic representation, not to scale, of the forces Fr, Fg and Fm is shown 1 as an illustration. The point of application of the forces Fr, Fg and Fm in the center of gravity of the inner ring 19 with the shaft 15 is shown in simplified form.

Aus der von dem Getriebe 16 stammenden Radialkraft Fr und der Gewichtskraft Fg des Rotors 14 ergibt sich eine kombinierte Belastung bzw. eine Belastungskraft in einem Bereich des Lagers 17, der als Lastzone L bezeichnet wird. Durchrollen die Wälzkörper 20 bei der Rotation der Welle 15 die Lastzone L, kann ein tieffrequentes Brummen generiert werden, welches, insbesondere in einem Fahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang 10, als akustisch störend wahrgenommen werden kann.From the radial force Fr originating from the gear 16 and the weight force Fg of the rotor 14, a combined load or a loading force results in a region of the bearing 17 which is referred to as the load zone L. When the rolling elements 20 roll through the load zone L during the rotation of the shaft 15, a low-frequency hum can be generated which, particularly in a vehicle with such a drive train 10, can be perceived as acoustically disturbing.

Aus einem zeichnerisch dargestellten Kräfteparallelogramm von Radialkraft Fr und Gewichtskraft Fg ergibt sich eine gestrichelt dargestellte Wirkungslinie W, der Kraft, welche nötig ist, um die Gesamtkraft aus Radialkraft Fr und Gewichtskraft Fg zu kompensieren. Das mittels der elektrischen Maschine 12 erzeugte asymmetrische Magnetfeld bzw. die dadurch bereitgestellte Kraft Fm, wirkt der Gesamtkraft entgegen und kompensiert diese wenigstens teilweise. Diese Gegenkraft Fm weist die gleiche Wirkungslinie wie die Gesamtkraft auf, wirkt aber in entgegengesetzter Richtung. Hierdurch kann die Lastzone L auf eine Kompensationslastzone Lm reduziert werden, wie in 2 skizziert. Durch die Reduktion der Lastzone L auf die Kompensationslastzone Lm kann eine Geräuschentwicklung und eine Beanspruchung des Lagers 17 vermindert werden und eine Lebensdauer und Laufleistung des Lagers erhöht werden.A force parallelogram of radial force Fr and weight Fg, shown in the drawing, results in a dashed line of action W, the force that is necessary to compensate for the total force of radial force Fr and weight Fg. The asymmetrical magnetic field generated by the electrical machine 12 or the force Fm provided thereby counteracts the total force and at least partially compensates for it. This opposing force Fm has the same line of action as the total force, but acts in the opposite direction. This allows the load zone L to be reduced to a compensation load zone Lm, as in 2 sketched. By reducing the load zone L to the compensation load zone Lm, noise development and stress on the bearing 17 can be reduced and the service life and mileage of the bearing can be increased.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 100 mit einem Schritt 101 des Messens einer Belastungskraft, welche auf eine elektrische Maschine 12 wirkt. In einem Schritt 102 wird eine Stromversorgung einer Spulenanordnung der elektrischen Maschine 12 basierend auf der Messung derart angesteuert, dass in einem Schritt 103 ein asymmetrisches magnetisches Feld mittels der elektrischen Maschine 12 erzeugt wird, um eine Belastungskraft, welche auf die elektrische Maschine 12 wirkt, wenigstens teilweise zu kompensieren. In einem Schritt 104 wird die Belastungskraft durch eine auf dem asymmetrischen magnetischen Feld basierende Kraft wenigstens teilweise kompensiert. 3 12 shows an exemplary embodiment of a method 100 with a step 101 of measuring a loading force which acts on an electric machine 12. In a step 102, a power supply of a coil arrangement of the electric machine 12 is controlled based on the measurement in such a way that in a step 103 an asymmetrical magnetic field is generated by means of the electric machine 12 in order to reduce a loading force acting on the electric machine 12 at least to partially compensate. In a step 104, the loading force is at least partially compensated by a force based on the asymmetric magnetic field.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Antriebsstrangpowertrain
1212: elektrische Maschineelectric machine
1313: Statorstator
1414: Rotorrotor
1515: WelleWave
1616: Getriebetransmission
1717: Lagercamp
1818: Außenringouter ring
1919: Innenringinner ring
2020: Wälzkörperrolling elements
2323: Mittelachse StatorCentral axis of the stator
2424: Mittelachse RotorCentral axis of the rotor
di.e: AbstandDistance
FrMrs: Radialkraftradial force
Fgfg: Gewichtskraftweight force
Fmfm: magnetische Kraftmagnetic force
LL: Lastzoneload zone
LmLm: Kompensationslastzonecompensation load zone
WW: Wirkungslinieline of action

Claims

Electrical machine (12), which is set up to generate an asymmetrical magnetic field in order to at least partially compensate for a loading force which acts on the electrical machine (12).

Electrical machine (12) after claim 1 wherein the loading force is based at least in part on the mass of at least one component of the electric machine (12).

The electric machine (12) according to any one of the preceding claims, wherein the electric machine (12) is couplable to a transmission (16) and the loading force is based at least in part on the transmission (16).

Electrical machine (12) according to one of the preceding claims, wherein the asymmetrical magnetic field is based on an asymmetrical characteristic of a magnetic resistance, in particular an air gap, of the electrical machine (12).

Electrical machine (12) according to one of the preceding claims, having at least one coil arrangement which can be energized and which is set up to generate the asymmetrical magnetic field.

Electrical machine (12) according to one of the preceding claims, set up to energize at least one coil arrangement of the electrical machine in such a way that the asymmetric magnetic field is generated.

An electric machine (12) as claimed in any preceding claim, wherein the asymmetric magnetic field is distorted along an axis such that a magnetic force along that axis results from that distortion.

Electrical machine (12) according to one of the preceding claims, having a stator (13) and a rotor (14), wherein a central axis (24) of the rotor (14) is mounted true parallel to a central axis (23) of the stator (13). .

Electrical machine (12) after claim 8 , wherein the rotor (14) is mounted eccentrically in the stator (13).

Drive train (10) having an electric machine (12) according to any one of the preceding claims and a transmission (16), wherein the electric machine (12) is designed to drive the transmission (16).

Drive train (10) after claim 10 , wherein at least one bearing (17) of the drive train (10) is formed depending on the asymmetric magnetic field.

Method (100) for operating an electrical machine (12), an asymmetric magnetic field being generated by means of the electrical machine (12) in order to at least partially compensate for a loading force which acts on the electrical machine (12).

Method (100) according to claim 12 , The asymmetrical magnetic field being generated in that a coil arrangement of the electrical machine (12) is asymmetrically energized.

Method (100) according to claim 12 or 13 , wherein a power supply of a coil arrangement of the electrical machine (12) is controlled in such a way that a maximum of the asymmetric magnetic field is generated in a radial direction of the electrical machine (12).