DE102021127658A1 - Electrical machine for a motor vehicle - Google Patents

Electrical machine for a motor vehicle Download PDF

Info

Publication number
DE102021127658A1
DE102021127658A1 DE102021127658.6A DE102021127658A DE102021127658A1 DE 102021127658 A1 DE102021127658 A1 DE 102021127658A1 DE 102021127658 A DE102021127658 A DE 102021127658A DE 102021127658 A1 DE102021127658 A1 DE 102021127658A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
electrical machine
stator
rim
motor vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021127658.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Stephan Rubbert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102021127658.6A priority Critical patent/DE102021127658A1/en
Publication of DE102021127658A1 publication Critical patent/DE102021127658A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
    • H02K21/222—Flywheel magnetos
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/06—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with air cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007—Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02—Details
    • H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
    • H02K21/022—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator
    • H02K21/025—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator by varying the thickness of the air gap between field and armature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/006—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

Elektrische Maschine (20) für ein Kraftahrzeug, aufweisend einen Rotor (30) und eine Statoreinrichtung (40), wobei der Rotor (30) einen Rotorring (32) aufweist, der umlaufend an einer Felge (12) für ein Fahrzeugrad (10) anordenbar ist und wobei wenigstens eine Statorspule (42) mittels der Statoreinrichtung (40) in ein Magnetfeld des Rotors (30) bewegbar ist, um die elektrische Maschine (10) zu betreibenElectrical machine (20) for a motor vehicle, having a rotor (30) and a stator device (40), the rotor (30) having a rotor ring (32) which can be arranged circumferentially on a rim (12) for a vehicle wheel (10). and wherein at least one stator coil (42) can be moved into a magnetic field of the rotor (30) by means of the stator device (40) in order to operate the electrical machine (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Rotor und eine Statoreinrichtung. Außerdem betriff die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen elektrischen Maschine.The invention relates to an electric machine for a motor vehicle, having a rotor and a stator device. In addition, the invention also relates to a motor vehicle with at least one such electrical machine.

Es ist bekannt, elektrische Maschinen als Arbeitsmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- und Hybridfahrzeuge, einzusetzen. Hierbei können elektrische Maschinen vielfältiger Ausprägungen zur Verwendung kommen, wobei eine elektrische Maschine typischerweise einen ortsfest gelagerten Stator und einen relativ zu dem Stator beweglich bzw. rotierend gelagerten Rotor aufweist.It is known to use electrical machines as working machines for electrically driven motor vehicles, for example electric and hybrid vehicles. In this case, electrical machines of various types can be used, with an electrical machine typically having a stationarily mounted stator and a rotor mounted so that it can move or rotate relative to the stator.

Beispielsweise stellen Radmotoren bzw. Radnabenmotoren für Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge eine Möglichkeit dar, eine Antriebskraft ohne Zwischenschaltung eines Getriebes auf ein Fahrzeugrad zu übertragen. Radnabenmotoren sind bereits seit längerer Zeit für leichtere Antriebe, beispielsweise von Rollstühlen oder Fahrrädern und dergleichen bekannt.For example, wheel motors or wheel hub motors for electric vehicles and hybrid vehicles represent a possibility of transmitting a driving force to a vehicle wheel without the interposition of a transmission. Wheel hub motors have long been known for lighter drives, for example wheelchairs or bicycles and the like.

Solche Radnabenmotoren sind überwiegend mit Permanentmagneten ausgestattet, welche im stromlosen Betrieb aufgrund von Restmagnetismus Antriebsverluste generieren können. Zudem ist eine Kühlung solcher Radnabenmotoren aufgrund des begrenzten Bauraums für höhere Leistungen nur schwer bereitzustellen.Such wheel hub motors are predominantly equipped with permanent magnets, which can generate drive losses in de-energized operation due to residual magnetism. In addition, cooling such wheel hub motors is difficult to provide due to the limited installation space for higher power.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug zu verbessern. Insbesondere sollen Antriebsverluste in einem stromlosen Betrieb reduziert werden.Against this background, it is an object of the invention to improve an electric machine for a motor vehicle. In particular, drive losses should be reduced in currentless operation.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 und. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by an electric machine for a motor vehicle having the features of claim 1 and. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug angegeben, aufweisend einen Rotor und eine Statoreinrichtung, wobei der Rotor einen Rotorring aufweist, der umlaufend an einer Felge für ein Fahrzeugrad anordenbar oder angeordnet ist und wobei wenigstens eine Statorspule mittels der Statoreinrichtung in ein Magnetfeld des Rotors bewegbar ist, um die elektrische Maschine zu betreiben.According to a first aspect, an electric machine for a motor vehicle is specified, having a rotor and a stator device, the rotor having a rotor ring which can be or is arranged circumferentially on a rim for a vehicle wheel, and at least one stator coil is placed in a magnetic field by means of the stator device of the rotor is movable to operate the electric machine.

Dadurch, dass die wenigstens eine Statorspule zum Betrieb der elektrischen Maschine in das Magnetfeld des Rotors bzw. des Rotorrings eingebracht werden kann bzw. wird und sich somit, insbesondere wenn ein Antriebs- oder Generatorbetrieb der elektrischen Maschine inaktiv ist, außerhalb dieses Magnetfelds befindet, können Verluste, die auf einem Restmagnetismus zwischen Rotor und Statoreinrichtung beruhen, wenigstens verringert und/oder verhindert werden. Hierdurch kann eine Effizienz des Kraftfahrzeugs gesteigert werden.Due to the fact that the at least one stator coil can be or is placed in the magnetic field of the rotor or the rotor ring to operate the electric machine and is therefore outside of this magnetic field, especially when drive or generator operation of the electric machine is inactive Losses that are based on residual magnetism between the rotor and the stator device can be at least reduced and/or prevented. As a result, the efficiency of the motor vehicle can be increased.

Die elektrische Maschine ist insbesondere als eine permanenterregte oder eine Strom erregte Synchronmaschine (SSM) oder Asynchronmaschine (ASM) ausgebildet. Dabei weist die elektrische Maschine einen ortsfest gelagerten Stator bzw. die Statoreinrichtung auf, wobei die Statoreinrichtung eingerichtet ist, eine Bewegung relativ zu ihrer ortsfesten Lagerung zu erfahren und/oder auszuführen, um in das Magnetfeld des Rotors zu gelangen. Die Statoreinrichtung weist dabei wenigstens eine bestrombare Statorspule zur Erzeugung eines Magnetfelds auf und ist an einem Fahrzeug, beispielsweise an einem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs, lagerbar oder gelagert.The electrical machine is designed in particular as a permanently excited or current-excited synchronous machine (SSM) or asynchronous machine (ASM). The electrical machine has a stationarily mounted stator or the stator device, with the stator device being set up to experience and/or execute a movement relative to its stationary mounting in order to enter the magnetic field of the rotor. The stator device has at least one stator coil that can be energized to generate a magnetic field and can be or is mounted on a vehicle, for example on a chassis of the motor vehicle.

Der Rotor weist den Rotorring auf bzw. ist durch den Rotorring gebildet, welcher mittels der Felge, insbesondere drehbar bzw. rotierbar, um den Stator bzw. die Statoreinrichtung gelagert ist. Der Rotorring ist insbesondere ausgebildet an einem umfangsseitigen Bereich der Felge angeordnet zu werden, um eine Fixierung für wenigstens einen Permanentmagnete bzw. erregbare Rotorspulen zu bieten. Dabei kann der Rotorring eine Anordnung von bestrombaren Spulen oder eine Anordnung von Permanentmagneten aufweisen, die eingerichtet sind, ein Magnetfeld für den Betrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen bzw. bereitzustellen. Dabei kann der Rotor bzw. Rotorring, insbesondere zusammen mit der Felge, als Außenläufer der elektrischen Maschine fungieren.The rotor has the rotor ring or is formed by the rotor ring, which is mounted by means of the rim, in particular rotatably or rotatably, around the stator or the stator device. The rotor ring is designed in particular to be arranged on a peripheral area of the rim in order to provide a fixation for at least one permanent magnet or excitable rotor coil. The rotor ring can have an arrangement of energizable coils or an arrangement of permanent magnets that are set up to generate or provide a magnetic field for the operation of the electrical machine. The rotor or rotor ring, in particular together with the rim, can function as an external rotor of the electrical machine.

Eine Felge ist insbesondere über einen Radkranz bzw. über eine Radscheibe mit einer Nabe bzw. einem Radflansch des Fahrzeugrads verbunden. Der Begriff Felge bezeichnet im vorliegenden Sinne den äußeren Ring eines Fahrzeugrads, der eingerichtet, ist einen Reifen des Fahrzeugrades zu haltern. Hierbei können Felge und Radscheibe bzw. -kranz beispielsweise miteinander verschweißt, vernietet oder in einem Stück gegossen sein und insbesondere Stahl, Aluminium oder einen Kunststoffverbundwerkstoff aufweisen bzw. aus diesem gefertigt sein. Dadurch dass eine Felge mit einer derartigen elektrischen Maschine an einer konventionellen Radnabe befestigt werden kann, treten insbesondere keine Querkräfte durch Radlasten auf.A rim is connected in particular via a wheel rim or via a wheel disc to a hub or a wheel flange of the vehicle wheel. In the present sense, the term rim designates the outer ring of a vehicle wheel, which is set up to hold a tire of the vehicle wheel. Here, the rim and wheel disc or wheel rim can be welded, riveted or cast in one piece to one another, for example, and in particular can have steel, aluminum or a plastic composite material or be made of this. Because a rim can be attached to a conventional wheel hub with such an electrical machine, there are in particular no transverse forces from wheel loads.

Die Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, für eine elektrische Maschine einen Lagerzustand zu ermöglichen, in welchem (möglichst) keine Energie umgesetzt werden soll und einen Betriebszustand, in welchem eine Umsetzung von Energie zum Antrieb oder zur Rekuperation ermöglicht sein soll. Hierfür wird nun erfindungsgemäß eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die eingerichtet ist, einen Abstand zwischen Rotormagnetfeld und Statormagnetfeld zu verändern bzw. zu vergrößern und zu verkleinern.The invention is based, among other things, on the idea of enabling a storage state for an electrical machine in which (if possible) no Energy is to be implemented and an operating state in which an implementation of energy for driving or for recuperation should be possible. For this purpose, according to the invention, an electrical machine is now proposed which is set up to change or increase and decrease a distance between the rotor magnetic field and the stator magnetic field.

In dem Lagerzustand ermöglicht die vorgeschlagene elektrische Maschine eine Lagerung bzw. Positionierung der wenigstens einen Statorspule und insbesondere deren (Rest-)Magnetfeld außerhalb des Magnetfelds des Rotors bzw. entfernt von dem Magnetfeld des Rotors. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist zu verstehen, dass eine Magnetfeldstärke des Rotormagnetfelds an einer Lagerposition der Statorspule insbesondere derart minimiert ist, sodass lediglich reduzierte oder vernachlässigbare Magnetkräfte zwischen Rotor und Stator wirken können. Somit können Verluste welche durch die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder entstehen können, verringert bzw. vermieden werden.In the storage state, the proposed electrical machine enables storage or positioning of the at least one stator coil and in particular its (residual) magnetic field outside of the magnetic field of the rotor or away from the magnetic field of the rotor. In terms of the present disclosure, it should be understood that a magnetic field strength of the rotor magnetic field at a bearing position of the stator coil is minimized in particular in such a way that only reduced or negligible magnetic forces can act between the rotor and stator. In this way, losses that can arise as a result of the interaction of the two magnetic fields can be reduced or avoided.

Für einen Betrieb der elektrischen Maschine kann der Stator bzw. die wenigstens eine Statorspule in das Magnetfeld des Rotors eingebracht werden, um dort durch Bestromung der wenigstens einen Statorspule ein Drehfeld zu erzeugen. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung soll verstanden werden, dass ein Magnetfeld des Rotors einen Bereich des durch den Rotor bereitgestellten Magnetfelds mit einer ausreichenden Feldstärke bezeichnet, um eine signifikante Wechselwirkung zwischen Rotor und Stator bzw. Rotormagnetfeld und Statormagnetfeld zu ermöglichen. Insbesondere sollen in dem Betriebszustand Rotor und Stator derart zueinander beabstandet bzw. angeordnet sein, dass die Magnetfelder von Rotor und Stator wechselwirken können, um einen, insbesondere effizienten, Betrieb der elektrischen Maschine zu ermöglichen.For operation of the electrical machine, the stator or the at least one stator coil can be introduced into the magnetic field of the rotor in order to generate a rotary field there by energizing the at least one stator coil. For the purposes of the present disclosure, it should be understood that a magnetic field of the rotor designates a region of the magnetic field provided by the rotor with a sufficient field strength to enable a significant interaction between rotor and stator or rotor magnetic field and stator magnetic field. In particular, in the operating state, the rotor and stator should be spaced apart or arranged from one another in such a way that the magnetic fields of the rotor and stator can interact in order to enable, in particular, efficient operation of the electric machine.

Die vorgeschlagene elektrische Maschine kann beispielsweise zum Antrieb eines zugeordneten Fahrzeugrads genutzt und/oder zur Bremsunterstützung durch Rekuperation eingesetzt werden. Hierbei kann jedes Fahrzeugrad eines Kraftfahrzeugs eine hierin beschriebene elektrische Maschine aufweisen, um so beispielsweise einen Allrad-Betrieb zu ermöglichen und/oder einen rekuperationsbedingten Energieertrag zu erhöhen. Zudem kann mittels einer oder mehrerer solchen elektrischen Maschine(n) ein autarkes System zur Unterstützung eines Antriebs geschaffen werden.The proposed electrical machine can be used, for example, to drive an associated vehicle wheel and/or be used to assist braking through recuperation. In this case, each vehicle wheel of a motor vehicle can have an electric machine as described herein, in order to enable all-wheel drive, for example, and/or to increase an energy yield caused by recuperation. In addition, a self-sufficient system for supporting a drive can be created by means of one or more such electric machine(s).

Bei einer Ausführungsform weist der Rotorring wenigstens einen Permanentmagnet auf. Insbesondere weist der Rotorring eine Anzahl an Permanentmagneten auf, welche umlaufend gleichmäßig verteilt um einen Felgenumfang verteilt angeordnet sind, um ein permanentes Magnetfeld erzeugen. Hierdurch kann eine gesteigerte Effizienz und Leistungsdichte der elektrischen Maschine ermöglicht werden, da bei gleicher Batteriekapazität durch einen sparsamen Energieeinsatz eine größere Reichweite erzielt werden kann.In one embodiment, the rotor ring has at least one permanent magnet. In particular, the rotor ring has a number of permanent magnets, which are distributed evenly around a rim circumference in order to generate a permanent magnetic field. As a result, increased efficiency and power density of the electrical machine can be made possible, since a greater range can be achieved with the same battery capacity through economical use of energy.

Bei einer Ausführungsform ist der Rotorring an einem äußeren Umfang der Felge, insbesondere zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden der Felge angeordnet. Der Rotorring kann dabei ausgebildet sein, eine Halterung, insbesondere in Bezug auf die Felge für den wenigstens einen Permanentmagnet oder eine Rotorspule zu bilden. Hierbei kann der Rotorring bzw. die daran angeordneten Magneten und/oder Spulen eingerichtet sein, eine oder mehrere in einer Felge vorgesehene Öffnung(en) zu durchgreifen, um eine Qualität des Luftspalts zwischen Rotor und Stator zu verbessern. Insbesondere ist damit eine Vermeidung von Wirbelströmen im Luftspalt der elektrischen Maschine ermöglicht. Durch die Anordnung an einem Umfang der Felge kann ein möglicher Durchmesser, insbesondere des Außenläufers, der elektrischen Maschine maximiert werden, wodurch ein durch die elektrische Maschine erzeugbares Drehmoment gesteigert werden kann. Zudem kann eine Kühlung durch die getrennte bzw. beabstandete Anordnung von Rotor und Stator ermöglicht werden.In one embodiment, the rotor ring is arranged on an outer circumference of the rim, in particular between two opposite side walls of the rim. The rotor ring can be designed to form a holder, in particular in relation to the rim, for the at least one permanent magnet or a rotor coil. In this case, the rotor ring or the magnets and/or coils arranged thereon can be set up to reach through one or more opening(s) provided in a rim in order to improve the quality of the air gap between rotor and stator. In particular, this makes it possible to avoid eddy currents in the air gap of the electrical machine. The arrangement on a circumference of the rim allows a possible diameter, in particular of the external rotor, of the electrical machine to be maximized, as a result of which a torque that can be generated by the electrical machine can be increased. In addition, cooling can be made possible by the separate or spaced arrangement of the rotor and stator.

Bei einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Statorspule axial in das Magnetfeld des Rotors bewegbar. Hierbei kann die Statoreinrichtung eingerichtet sein, die wenigstens eine, insbesondere alle, Statorspule(n) der Statoreinrichtung in einer Richtung entlang der Drehachse der elektrischen Maschine in das Magnetfeld bzw. eine Ebene des Rotors bzw. des Rotorrings zu bewegen. Hierzu kann die Statoreinrichtung eine Aktuatoreinrichtung aufweisen, die elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch und/oder pneumatisch betätigbar ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein hydraulisches System der Fahrzeugbremsen und/oder Niveaunivellierung genutzt werden, um die Statoreinrichtung zu bewegen bzw. zu betätigen.In one embodiment, the at least one stator coil is moveable axially into the magnetic field of the rotor. The stator device can be set up to move the at least one, in particular all, stator coil(s) of the stator device in a direction along the axis of rotation of the electrical machine into the magnetic field or a plane of the rotor or rotor ring. For this purpose, the stator device can have an actuator device which is designed to be actuated electrically, electromagnetically, hydraulically and/or pneumatically. For example, a hydraulic system of the vehicle brakes and/or leveling can be used to move or actuate the stator device.

Bei einer Ausführungsform ist die wenigstens eine Statorspule radial in das Magnetfeld des Rotors bewegbar. Durch eine radial zur Felge bzw. zur Drehachse der elektrischen Maschine erfolgende Positionsänderung kann eine Größe des Luftspalt zwischen Rotor und Statoreinrichtung veränderbar gestaltet bzw. aktiv geregelt werden, um beispielsweise drehzahlabhängige Wirbelstromverluste der elektrischen Maschine zu reduzieren. Hierbei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Statoreinrichtung zunächst axial in eine Ebene des Magnetfelds des Rotors bewegbar ist, um in dieser Ebene mittels einer radialen Bewegung in das magnetische Feld des Rotors einzutreten.In one embodiment, the at least one stator coil is moveable radially into the magnetic field of the rotor. By changing the position radially to the rim or to the axis of rotation of the electrical machine, the size of the air gap between the rotor and the stator device can be designed to be changeable or actively controlled, for example to reduce speed-dependent eddy current losses in the electrical machine. It can also be provided here that the stator device can initially be moved axially in a plane of the magnetic field of the rotor in order to be moved in this plane by means of radial movement into the magnetic field of the rotor.

Bei einer Ausführungsform weist die Statoreinrichtung wenigstens eine, insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildete, Radialverstelleinrichtung auf, mittels derer wenigstens eine daran angeordnete Statorspule radial bewegbar ist. Dabei kann die Radialverstelleinrichtung in einer Eben des Rotormagnetfelds bzw. des Rotorrings anordenbar oder angeordnet sein. Die Radialverstelleinrichtung ist insbesondere achsgleich mit der elektrischen Maschine bzw. der Felge angeordnet um eine, insbesondere umlaufend, gleichmäßige Translation von daran angeordneten Statorspulen zu ermöglichen. Zudem ist ermöglicht, einen Luftspalt der elektrischen Maschine, insbesondere drehzahlabhängig, zu verändern bzw. verstellen.In one embodiment, the stator device has at least one, in particular rotationally symmetrical, radial adjustment device, by means of which at least one stator coil arranged thereon can be moved radially. In this case, the radial adjustment device can be arranged or arranged in one plane of the rotor magnetic field or of the rotor ring. The radial adjustment device is in particular arranged coaxially with the electric machine or the rim in order to enable a uniform translation, in particular circumferential, of stator coils arranged thereon. In addition, it is possible to change or adjust an air gap of the electrical machine, in particular as a function of the speed.

Bei einer Ausführungsform weist die Radialverstelleinrichtung wenigstens ein Hebelelement auf. Insbesondere ist das Hebelelement derart ausgebildet, dass er, insbesondere wenigstens in einem Bereich, einer Krümmung der Felge bzw. dem Rotorring folgt, um eine gleichmäßige Geometrie des Luftspalts zu ermöglichen. Hierbei kann wenigstens eine Statorspule, insbesondere umfangsseitig, an dem wenigstens einen Hebelelement angeordnet sein. Das Hebelelement kann Teil einer Hebeleinrichtung sein, welche eine vorbestimmte Anzahl Hebelarmen aufweist.In one embodiment, the radial adjustment device has at least one lever element. In particular, the lever element is designed in such a way that it follows a curvature of the rim or the rotor ring, in particular at least in one area, in order to enable a uniform geometry of the air gap. At least one stator coil can be arranged on the at least one lever element, in particular on the peripheral side. The lever element can be part of a lever device which has a predetermined number of lever arms.

Jeder Hebelarm ist dabei insbesondere an einem Ende drehbar bzw. beweglich mit einem rotierend gelagerten Zylinderelement und mit seinem zweiten Ende drehbar bzw. beweglich mit jeweils einem Hebelelement verbunden, an welchem die wenigstens eine Statorspule angeordnet ist. Die Hebelarme sind mittels einer Gelenkverbindung beweglich an dem Zylinderelement gelagert, sodass, insbesondere durch eine Bewegung eines Hebelarms in Umfangsrichtung, ein Abstand des Hebelelements zu dem Zylinderelement, respektive der Felge bzw. dem Rotorring veränderbar ist. Somit ist eine radiale Verlagerung von Statorspulen ermöglicht, um einen Umfang bzw. einen Radius der Statoreinrichtung bzw. der Radialverstelleinrichtung zu verändern. Hierdurch kann eine gleichmäßige Radialbewegung und somit ein umlaufend gleichmäßiger Luftspalt erzielt werden, die insbesondere auf einem stabilen Verstellmechanismus beruht.Each lever arm is rotatably or movably connected at one end to a rotatably mounted cylinder element and at its second end rotatably or movably connected to a respective lever element on which the at least one stator coil is arranged. The lever arms are movably mounted on the cylinder element by means of a joint connection, so that a distance between the lever element and the cylinder element or the rim or the rotor ring can be changed, in particular by moving a lever arm in the circumferential direction. A radial displacement of stator coils is thus made possible in order to change a circumference or a radius of the stator device or of the radial adjustment device. As a result, a uniform radial movement and thus a circumferentially uniform air gap can be achieved, which is based in particular on a stable adjustment mechanism.

Gemäß eines zweiten Aspekts wird ein Antrieb für eine Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens eine hierin beschrieben elektrische Maschine, vorgeschlagen. Hierbei kann die vorgeschlagene elektrischen Maschine als Elektromotor zum Antrieb bzw. Vortrieb für das Kraftfahrzeug eingesetzt werden, um beispielsweise einen elektrischen Allrad-Antrieb zu ermöglichen. Weiterhin ist denkbar, einen derartigen Antrieb an Rädern einer Achse des Kraftfahrzeugs vorzusehen, um einen unterstützenden Betrieb zusätzlich zu einem konventionellen Antrieb zu ermöglichen.According to a second aspect, a drive for a motor vehicle is proposed, having at least one electric machine described herein. Here, the proposed electric machine can be used as an electric motor for driving or propulsion for the motor vehicle, for example, to enable electric all-wheel drive. Furthermore, it is conceivable to provide such a drive on wheels of an axle of the motor vehicle in order to enable supporting operation in addition to a conventional drive.

Bei einer Ausführungsform kann die elektrische Maschine als Generator für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein, um eine Bremsenergie in speicherbare elektrische Energie umzuwandeln. Solch rekuperativ gewonnene Energie kann an anderer Stelle im Fahrzeug zur Verwendung kommen, wodurch eine Effizienz des Fahrzeugs erhöht werden kann.In one embodiment, the electrical machine can be designed as a generator for a motor vehicle in order to convert braking energy into storable electrical energy. Such energy obtained in a recuperative manner can be used elsewhere in the vehicle, as a result of which the efficiency of the vehicle can be increased.

Bei einer Ausführungsform weist eine kombinierte Antriebs-Generator-Einrichtung eine hierin beschrieben elektrische Maschine auf, welche die Vorteile beider oben dargestellten Ausführungen kombinieren kann. Auch eine Felge aufweisend eine hierin beschriebene elektrische Maschine sowie ein Fahrzeugrad aufweisend eine solche Felge ist Teil der vorliegenden Offenbarung. Die oben beschriebenen Vorteile gelten selbstverständlichen auch für eine solche Felge oder ein solches Fahrzeugrad.In one embodiment, a combined drive-generator device has an electric machine described herein, which can combine the advantages of both embodiments presented above. A rim having an electric machine described herein and a vehicle wheel having such a rim are also part of the present disclosure. Of course, the advantages described above also apply to such a rim or such a vehicle wheel.

Gemäß eines weiteren Aspekts wird ein Kraftfahrzeug aufweisend wenigstens einer hierin beschriebene elektrischen Maschine vorgeschlagen. Hierbei kann die elektrische Maschine sowohl zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs als auch zur Energiegewinnung durch Rekuperation eingesetzt werden.According to a further aspect, a motor vehicle is proposed having at least one electric machine described herein. In this case, the electric machine can be used both to propel the motor vehicle and to generate energy through recuperation.

Bei einer Ausführungsform kann das Kraftfahrzeug wenigstens einen hierin beschriebenen Antrieb aufweisen. Insbesondere kann das Fahrzeug an jedem seiner Fahrzeugräder eine solche elektrische Maschine aufweisen, um einen elektromagnetischen Allrad-Antrieb für das Fahrzeug zu ermöglichen.In one embodiment, the motor vehicle can have at least one drive described herein. In particular, the vehicle can have such an electric machine on each of its vehicle wheels in order to enable electromagnetic all-wheel drive for the vehicle.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine an einem Fahrzeugrad für ein Kraftfahrzeug.
  • 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine in einer Schnittdarstellung.
Further advantages and application possibilities of the invention result from the following description in connection with the figures.
  • 1 shows a schematic representation of an embodiment of an electric machine according to the invention on a vehicle wheel for a motor vehicle.
  • 2 shows a further schematic representation of the embodiment of an electrical machine according to the invention in a sectional view.

1 zeigt ein Fahrzeugrad 10 aufweisend eine elektrische Maschine 20 für ein Kraftahrzeug gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels in einer Schnittdarstellung. Das Fahrzeugrad 10 weist einen Reifen 11 auf, welcher an einer Felge 12 angeordnet ist. Die elektrische Maschine 20 sowie das Fahrzeugrad 10 sind um eine gemeinsame zentrale Drehachse D angeordnet. 1 shows a vehicle wheel 10 having an electric machine 20 for a motor vehicle according to a first embodiment in a sectional view. The vehicle wheel 10 has a tire 11 which is arranged on a rim 12 . The electric machine 20 and the vehicle degree 10 are arranged around a common central axis of rotation D.

Die elektrische Maschine 20 weist einen Rotor 30 mit einem Rotorring 32 auf an dem in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft vier Permanentmagnete 33 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Bei anderen Ausführungsformen ist denkbar, anstatt der Permanentmagnete bestrombare Rotorspulen einzusetzen. Der Rotorring 32 ist umlaufend an einem äußeren Umfang an der Felge 12 angeordnet, wobei die Permanentmagnete 33 die Felge 12 an dafür eingerichteten radialen Öffnungen der Felge 12 durchgreifen.The electrical machine 20 has a rotor 30 with a rotor ring 32 on which, in this exemplary embodiment, four permanent magnets 33 are arranged, for example, distributed uniformly. In other embodiments, it is conceivable to use rotor coils that can be energized instead of the permanent magnets. The rotor ring 32 is arranged circumferentially on an outer circumference of the rim 12, with the permanent magnets 33 reaching through the rim 12 at radial openings in the rim 12 that are set up for this purpose.

Eine Statoreinrichtung 40 ist in einer durch die der Felge 12 bzw. den Rotorring 32 beschriebenen Ebene angeordnet. Die Statoreinrichtung 40 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Radialverstelleinrichtung 45 mit vier Hebelelementen 41 auf, an welchem jeweils eine Statorspule 42 angeordnet ist.A stator device 40 is arranged in a plane described by the rim 12 or the rotor ring 32 . In the exemplary embodiment shown, the stator device 40 has a radial adjustment device 45 with four lever elements 41, on each of which a stator coil 42 is arranged.

Jedes Hebelelement 41 ist an über einen Hebelarm 43 mit einem zentralen Zylinderelement 44 gelenkig bzw. beweglich verbunden. Durch eine Bewegung des freien, nicht an dem Zylinderelement 44 befestigten Ende eines Hebelarms 43 in Umfangsrichtung, kann ein Abstand zwischen Hebelelement 41 bzw. Statorspule 42 und Felge 12 bzw. Rotorring 32, und damit ein Luftspalt der elektrischen Maschine, vergrößert oder verkleinert werden. Hierdurch ist eine radiale Bewegung der Statorspulen 42 ermöglicht, mittels welcher diese für einen Betrieb der elektrischen Maschine 20 radial in das durch den Rotorring 12 bzw. dessen Permanentmagnete 33 erzeugte Magnetfeld bewegbar sind.Each lever element 41 is connected in an articulated or movable manner to a central cylinder element 44 via a lever arm 43 . By moving the free end of a lever arm 43 that is not attached to the cylinder element 44 in the circumferential direction, a distance between the lever element 41 or stator coil 42 and the rim 12 or rotor ring 32, and thus an air gap of the electrical machine, can be increased or decreased. This enables a radial movement of the stator coils 42, by means of which they can be moved radially into the magnetic field generated by the rotor ring 12 or its permanent magnets 33 for operation of the electrical machine 20.

2 zeigt das Fahrzeugrad 10 aufweisend eine elektrische Maschine 20 für ein Kraftahrzeug der 1 in einer schematischen Querschnittsdarstellung. 2 shows the vehicle wheel 10 having an electric machine 20 for a motor vehicle 1 in a schematic cross-sectional representation.

Der umlaufend um die Felge 12 angeordnete Rotorring 32 des Rotors 30 weist daran angeordnete Permanentmagnete 33 auf. Die Magnete 33 reichen durch in der Felge 12 angeordnete Öffnungen hindurch, um mit Statorspulen 42 der Statoreinrichtung 40 einen Luftspalt auszubilden. In 2 ist zu erkennen, dass durch die Anordnung des Rotorrings 32 zwischen zwei einander gegenüberliegenden Felgenwandungen 112, eine optimierte Bauraumnutzung ermöglicht ist.The rotor ring 32 of the rotor 30 arranged circumferentially around the rim 12 has permanent magnets 33 arranged thereon. The magnets 33 pass through openings arranged in the rim 12 in order to form an air gap with the stator coils 42 of the stator device 40 . In 2 It can be seen that the arrangement of the rotor ring 32 between two opposing rim walls 112 allows an optimized use of space.

Die Statoreinrichtung 40 kann ausgebildet sein, beispielsweise entlang der Drehachse D, also axial, in eine Ebene des Rotorrings 32 bewegt zu werden, um dadurch und/oder durch eine, insbesondere nachgelagerte, Radialbewegung für eine magnetische Wechselwirkung in den Bereich des Rotormagnetfelds zu gelangen.The stator device 40 can be designed to be moved, for example, along the axis of rotation D, i.e. axially, into a plane of the rotor ring 32 in order to thereby and/or through a, in particular downstream, radial movement for a magnetic interaction to reach the area of the rotor magnetic field.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Fahrzeugradvehicle wheel
1111
ReifenTires
1212
Felgerim
2020
Elektrische Maschineelectrical machine
3030
Rotorrotor
3232
Rotorringrotor ring
3333
Permanentmagnetpermanent magnet
4040
Statoreinrichtungstator device
4141
Hebelelementlever element
4242
Statorspulestator coil
4343
Hebelarmlever arm
4444
Zylinderelementcylinder element
4545
Radialverstelleinrichtungradial adjustment device
DD
Drehachseaxis of rotation

Claims (10)

Elektrische Maschine (20) für ein Kraftahrzeug, aufweisend einen Rotor (30) und eine Statoreinrichtung (40), wobei der Rotor (30) einen Rotorring (32) aufweist, der umlaufend an einer Felge (12) für ein Fahrzeugrad (10) anordenbar ist und wobei wenigstens eine Statorspule (42) mittels der Statoreinrichtung (40) in ein Magnetfeld des Rotors (30) bewegbar ist, um die elektrische Maschine (10) zu betreiben.Electrical machine (20) for a motor vehicle, having a rotor (30) and a stator device (40), the rotor (30) having a rotor ring (32) which can be arranged circumferentially on a rim (12) for a vehicle wheel (10). and wherein at least one stator coil (42) can be moved into a magnetic field of the rotor (30) by means of the stator device (40) in order to operate the electrical machine (10). Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei der Rotorring (32) wenigstens einen Permanentmagnet (33) aufweist.Electrical machine (10) after claim 1 , wherein the rotor ring (32) has at least one permanent magnet (33). Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotorring (32) an einem äußeren Umfang der Felge (12) angeordnet ist.Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the rotor ring (32) is arranged on an outer circumference of the rim (12). Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Statorspule (42) axial in das Magnetfeld des Rotors (30) bewegbar ist.Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one stator coil (42) can be moved axially into the magnetic field of the rotor (30). Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Statorspule (42) radial in das Magnetfeld des Rotors (30) bewegbar ist.Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one stator coil (42) can be moved radially into the magnetic field of the rotor (30). Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Statoreinrichtung (40) wenigstens eine Radialverstelleinrichtung (45) aufweist, mittels derer wenigstens eine daran angeordnete Statorspule (42) radial bewegbar ist.Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the stator device (40) has at least one radial adjustment device device (45), by means of which at least one stator coil (42) arranged thereon can be moved radially. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Radialverstelleinrichtung (45) wenigstens ein Hebelelement (41) aufweist.Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the radial adjustment device (45) has at least one lever element (41). Antrieb für eine Kraftfahrzeug aufweisend wenigstens eine elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Drive for a motor vehicle having at least one electric machine (10) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug aufweisend wenigstens eine elektrischen Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Motor vehicle having at least one electrical machine (10) according to one of Claims 1 until 7 . Kraftfahrzeug aufweisend wenigstens einen Antrieb nach Anspruch 9.Motor vehicle having at least one drive claim 9 .
DE102021127658.6A 2021-10-25 2021-10-25 Electrical machine for a motor vehicle Pending DE102021127658A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021127658.6A DE102021127658A1 (en) 2021-10-25 2021-10-25 Electrical machine for a motor vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021127658.6A DE102021127658A1 (en) 2021-10-25 2021-10-25 Electrical machine for a motor vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021127658A1 true DE102021127658A1 (en) 2023-04-27

Family

ID=85795845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021127658.6A Pending DE102021127658A1 (en) 2021-10-25 2021-10-25 Electrical machine for a motor vehicle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021127658A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004222350A (en) 2003-01-09 2004-08-05 Nippon Steel Corp Permanent magnet type rotating electric machine
DE102009038928A1 (en) 2009-08-26 2010-11-04 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Electric motor e.g. ring motor, for use as wheel hub motor in e.g. car, has stator, rotor and air gap, where air gap is formed between stator and rotor, and size of gap is variable depending on number of revolutions of motor
DE102005016365A1 (en) 2005-03-04 2012-12-27 Kastriot Merlaku Electric motor i.e. direct current electric motor, or generator for controlling e.g. toy, has electro/permanent magnets attached to rotor/stator, where air gap between rotor and stator is changeable by controlled radial movement of magnets
JP2020188563A (en) 2019-05-13 2020-11-19 Thk株式会社 Rotary electric machine and in-wheel motor using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004222350A (en) 2003-01-09 2004-08-05 Nippon Steel Corp Permanent magnet type rotating electric machine
DE102005016365A1 (en) 2005-03-04 2012-12-27 Kastriot Merlaku Electric motor i.e. direct current electric motor, or generator for controlling e.g. toy, has electro/permanent magnets attached to rotor/stator, where air gap between rotor and stator is changeable by controlled radial movement of magnets
DE102009038928A1 (en) 2009-08-26 2010-11-04 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Electric motor e.g. ring motor, for use as wheel hub motor in e.g. car, has stator, rotor and air gap, where air gap is formed between stator and rotor, and size of gap is variable depending on number of revolutions of motor
JP2020188563A (en) 2019-05-13 2020-11-19 Thk株式会社 Rotary electric machine and in-wheel motor using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009038928A1 (en) Electric motor e.g. ring motor, for use as wheel hub motor in e.g. car, has stator, rotor and air gap, where air gap is formed between stator and rotor, and size of gap is variable depending on number of revolutions of motor
EP2199137A1 (en) Lateral wheel motor assembly
WO1994019856A1 (en) Electric machine with at least one clutch
DE102016207996A1 (en) Electric machine for driving a vehicle
DE102014217974B4 (en) Drive wheel with electric wheel hub motor for motor vehicles and motor vehicles
DE102010009405A1 (en) Motor vehicle i.e. passenger car, has flywheel and asynchronous electrical runner directly and magnetically coupled over magnetic field, where flywheel is rotatably supported in vehicle and mechanically coupled with runner
WO2023126182A1 (en) Wheel hub drive for a motor vehicle, in particular for an automobile, and motor vehicle
EP3468003B1 (en) Electric motor drive wheel assembly
DE102010016844A1 (en) Electric drive unit
DE102021127658A1 (en) Electrical machine for a motor vehicle
WO2018024295A1 (en) Wheel hub drive
DE102011005617A1 (en) Drive device for driving wheel for electrically driven vehicle, comprises electric machine and planetary gear, whose sun gear forms drive of planetary gear, where annulus gear of planetary gear is coupled to bearing pedestal
DE102019201974A1 (en) Electric machine
DE102010029823A1 (en) Vehicle drive unit i.e. aircraft propulsion unit, for moving aircraft on ground, has stationary sun gears engaged with planetary gears respectively and rotated independently with one another, and rotor forming planet pinion carrier
EP1477380B1 (en) Electric driving motor with tubular shaft
DE10053265A1 (en) Parking brake device for vehicles and drive system with a parking brake device
DE102012209858A1 (en) Drive device for a vehicle and vehicle with the drive device
DE10132610B4 (en) vehicle drive
DE102020103890B4 (en) Electric machine, method for controlling an electric machine and rotor
DE102011111632A1 (en) Electrical wheel drive arrangement for e.g. parallel-hybrid vehicle, has stator component whose peripheral surface is supported and rotatably mounted at axial shoulder of rim, where stator component is rotationally held by holder unit
WO2023051984A1 (en) Electrically driven axle
DE102022000026A1 (en) Wheel hub drive for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, and motor vehicle
DE102009009073A1 (en) Drive system for rail vehicle, has stator arranged at part of circumference of disks and comprising stator sheet packet with powered stator windings, so that disks are driven by electric motor according to principle of linear motor
DE102023001258A1 (en) Electric wheel hub drive for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle
DE102014220764A1 (en) Use of an electrodynamic retarder and method of operating an electrodynamic retarder

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified