DE102021130152A1

DE102021130152A1 - Rotor für eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine und Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102021130152A1
Application number: DE102021130152.1A
Authority: DE
Inventors: György Farkas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (24) für eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine (20), der eine Trägerscheibe (28) aufweist, die in Rotationsrichtung (u) in mehrere Magnetsektoren (28a, 28b) eingeteilt ist, in welchen jeweils zwei erste Permanentmagnete (30) angeordnet sind, deren Magnetrichtung (m) nicht parallel zur axialen Richtung (a) ist, wobei für mindestens einen der Magnetsektoren (28a, 28b) den zwei ersten Permanentmagneten (30) eine gemeinsame erste Magnettasche (26) zugeordnet ist, die sich unmittelbar an in Rotationsrichtung (u) einander zugewandte Enden (30a) der zwei ersten Permanentmagnete (30) anschließt und einen ersten Zwischenbereich (26a) in Rotationsrichtung (u) zwischen den einander zugewandten Enden (30a) der zwei ersten Permanentmagnete (30) ausfüllt, sowie einen zweiten Bereich (26b), der um ein Vielfaches größer ist als der erste Zwischenbereich (26a) und der bezüglich der axialen Richtung (a) hinter den zwei ersten Permanentmagneten (30) liegt und der sich bezüglich der axialen Richtung (a) unmittelbar an den ersten Zwischenbereich (26a) anschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine, wobei der Rotor um eine Achse in einer Rotationsrichtung rotierbar ist, und eine Trägerscheibe aus einem weichmagnetischen Material aufweist, die zumindest bezüglich eines axialen Scheibenteils der Trägerscheibe in Rotationsrichtung in mehrere Magnetsektoren eingeteilt ist, die sich in Rotationsrichtung in zueinander abwechselnd angeordnete erste und zweite Magnetsektoren gliedern. Weiterhin umfasst der Rotor mehrere Permanentmagnete, die jeweils einen Nordpol und einen Südpol aufweisen, und denen jeweils eine von ihrem Südpol zum Nordpol gerichtete Magnetrichtung zugeordnet ist. Dabei sind in jedem Magnetsektor mindestens zwei der mehreren Permanentmagnete angeordnet, und die mindestens zwei in einem der jeweiligen Magnetsektoren angeordneten Permanentmagnete umfassen dabei zwei erste Permanentmagnete. Die in den ersten Magnetsektoren angeordneten Permanentmagnete sind dabei derart angeordnet, dass ihre Magnetrichtung zum Teil in eine erste Richtung weist, die parallel zu einer axialen Richtung ist, wobei die in den zweiten Magnetsektoren angeordneten Permanentmagnete derart angeordnet sind, dass ihre Magnetrichtung zum Teil entgegen die erste Richtung weist. Dabei ist die Magnetrichtung der jeweiligen Permanentmagnete nicht parallel zur ersten Richtung und in Rotationsrichtung um einen jeweiligen Winkel gegenüber der ersten Richtung geneigt. Weiterhin ist für mindestens einen der Magnetsektoren den zwei in dem Magnetsektor angeordneten ersten Permanentmagneten eine gemeinsame erste Magnettasche zugeordnet, die frei von dem weichmagnetischen Material ist, und die sich unmittelbar an in Rotationsrichtung einander zugewandte erste Enden der zwei ersten Permanentmagnete anschließt und einen ersten Zwischenbereich in Rotationsrichtung zwischen den einander zugewandten ersten Enden der zwei ersten Permanentmagnete ausfüllt.
Die vorliegende Erfindung ist auf dem Gebiet der Axialfluss-permanenterregten Synchronmaschinen angesiedelt, wie ihn diese zum Beispiel als Elektromotoren für Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen. Bei einer Axialfluss-permanenterregten Synchronmaschine handelt es sich dabei um eine permanenterregte Synchronmaschine aus der Gruppe der Axialfluss-Synchronmaschinen. Permanenterregte Synchronmaschinen weisen dabei Permanentmagnete als Teil des Stators oder Rotors, vorliegend als Teil des Rotors, auf. Diese Permanentmagnete werden im Folgenden zum Teil auch einfach nur als Magnete bezeichnet. Bei permanenterregten Synchronmaschinen, die als Axialfluss-Synchronmaschinen, die auch einfach Axialflussmaschinen genannt werden, ausgebildet sind, sind die Magnete mit ihrer oben definierten Magnetrichtung im Wesentlichen parallel zur axialen Richtung ausgerichtet. Das durch diese Magnete erzeugte Magnetfeld ist zumindest in unmittelbarer Umgebung der Magnete entsprechend ebenfalls in axialer Richtung ausgerichtet. Stator und Rotor sind bei Axialflussmaschinen entsprechend in axialer Richtung nebeneinander angeordnet, während zum Beispiel bei Radialflussmaschinen dagegen Stator und Rotor in radialer Richtung zueinander angeordnet sind. Um ein ausreichend großes Drehmoment bereitstellen zu können, müssen die Magnete typischerweise eine gewisse Größe aufweisen. Bei Radialflussmaschinen erstrecken sich die Magnete entsprechend relativ weit in axialer Richtung, während sich bei Axialflussmaschinen die Magnete hauptsächlich in radialer Richtung erstrecken. Mit anderen Worten stellt die Abmessung der Magnete in radialer Richtung typischerweise die größte Abmessung der Magnete bei Axialflussmaschinen dar. Dies ermöglicht es insgesamt, dass Axialflussmaschinen in axialer Richtung deutlich kompakter ausgebildet werden können als Radialflussmaschinen. Entsprechend weisen Axialflussmaschinen eine größere Leistungsdichte, insbesondere im Hinblick auf Kilowatt pro Kilogramm und Kilowatt pro Kubikmeter, und Drehmomentdichte, insbesondere im Hinblick auf Newtonmeter pro Kilogramm und Newtonmeter pro Kubikmeter, als Radialflussmaschinen auf. Die axiale Länge und das Gewicht der E-Maschine ist bei Axialflussmaschinen ebenfalls deutlich kleiner als bei Radialflussmaschinen der gleichen Leistungsklasse. Zum Vergleich weist eine Axialflussmaschine typischerweise eine axiale Länge im Bereich von 70 mm bis 140 mm auf, während eine Radialflussmaschine beispielsweise eine axiale Länge im Bereich zwischen 150 mm und 250 mm aufweist. Das Gewicht einer Axialflussmaschine beträgt im Schnitt ca. 15 kg bis 35 kg, während eine Radialflussmaschine zwischen 30 kg und 50 kg wiegt.
Dabei haben die meisten Axialflussmaschinen-Rotoren Oberflächenmagnete, das heißt, Magnete, die auf der Oberfläche eines weichmagnetischen Trägers, insbesondere einer weichmagnetischen Trägerscheibe, angeordnet sind. Die Oberflächenmagnete sind entsprechend parallel zur Drehrichtung angeordnet, so dass ihre Magnetrichtung senkrecht zur Oberfläche der Trägerscheibe ausgerichtet sind und entsprechend parallel zur Drehachse. Das hat wie beschrieben den Vorteil, dass der Rotor in die axiale Richtung relativ kurz ist. Dies hat jedoch den Nachteil, dass durch diese Orientierung der Magnete keine Reluktanzdrehmomentbildung möglich ist. Daher wird eine größere Magnetmenge und entsprechend mehr Magnetgewicht und mehr Magnetvolumen, benötigt, als bei Axialflussmaschinen mit sogenannten „V-angeordneten“ Magneten, das heißt, pro Leistung oder pro Drehmoment. Die erhöhte Magnetmenge verursacht Zusatzkosten und hohe Preise der Axialflussmaschinen.
Eine permanenterregte Axialflussmaschine mit V-orientierten Magneten ist beispielsweise auch in der US 2020/010 63 51 A1 beschrieben. Diese ist als eine Doppelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine ausgebildet. Die Magnete sind durch ihre „V-Anordnung“ also mit ihren Magnetrichtungen nicht exakt parallel zur axialen Richtung ausgerichtet, sondern sind abwechselnd in und entgegen Rotationsrichtung etwas geneigt, so dass diese in einer Draufsicht auf die radiale Richtung eine V-förmige Struktur bilden.
Eine solche Anordnung der Magnete in V-Form erzeugt ein zusätzliches Reluktanzdrehmoment, was daher sehr große Vorteile mit sich bringt. Mit gleicher Magnetmenge ist folglich mehr Drehmoment erreichbar, so dass diese Maschinen eine größere Leistungsdichte und eine größere Drehmomentdichte aufweisen als Maschinen mit Rotoren mit Oberflächenmagneten, das heißt, mit Magneten, die zur Drehrichtung parallel angeordnet sind und deren Magnetrichtungen entsprechend parallel zur axialen Richtung ausgerichtet sind. Die V-Anordnung der Magnete hat auch den Vorteil, dass die Magnete im Eisenblechpaket, welches die Trägerscheibe bereitstellt, vergraben angeordnet sind und dadurch die Magnete vor schädlichen mechanischen Einschlägen besser geschützt sind.
Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, so genannte Magnettaschen vorzusehen. Dies sind Bereiche, die frei von weichmagnetischem Material sind. Diese können zum Beispiel einfach als Löcher oder Durchgangsöffnungen in der Trägerscheibe vorgesehen sein. Diese schließen sich typischerweise an Enden der Permanentmagnete an, die die Permanentmagnete in ihrer Erstreckungsrichtung senkrecht zur Magnetrichtung begrenzen. Durch solche vergrößerte Magnettaschen zwischen zwei V-angeordneten Magneten kann ein Reluktanzdrehmoment gebildet werden, welches zu einer Erhöhung der Leistungsdichte ohne Erhöhung der Magnetkosten führt. Gerade bei Radialflussmaschinen ist üblicherweise immer ein Steg zwischen den zwei in V-Form angeordneten Magneten aus Elektroblech vorgesehen, der auch die den jeweiligen Magneten zugeordnete Magnettaschen separiert. Dieser Steg nimmt Zugkräfte auf, die aus den Zentrifugalkräften bei Rotation des Rotors resultieren. Durch den Steg entsteht jedoch ein magnetischer Leckagefluss, der das erreichbare Drehmoment verringert.
Auch in der oben bereits genannten US 2020/010 63 51 A1 können sich an die V-angeordneten Magnete solche Magnettaschen anschließen. Diese können auch als eine gemeinsame Magnettasche zwischen zwei Magneten ausgebildet sein. Diese sind entsprechend hauptsächlich in einem Zwischenbereich zwischen zwei Magneten eines Magnetpaars in Rotationsrichtung angeordnet und erstrecken sich nur geringfügig in axialer Richtung. Dadurch kann der Bauraum in axialer Richtung gering gehalten werden.
Gerade im Zusammenhang mit Radialflussmaschinen gibt es vielzählige unterschiedliche Ausprägungen und Formgebungen von solchen Magnettaschen, wie zum Beispiel auch in der EP 1 942 572 A1 und der WO 2019/215853 A1 beschrieben. Da bei Radialflussmaschinen die Magnete sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstrecken, steht hier in radialer Richtung ausreichend Bauraum für ein entsprechendes Design dieser Magnettaschen zur Verfügung. Dies ist bei Axialflussmaschinen jedoch nicht der Fall, da sich hier die Magnete im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Doch auch hier besteht weiterhin das Bedürfnis, die Leistungsdichte und Drehmomentdichte einer solchen Maschine auf möglichst einfache, kostengünstige und möglichst bauraumsparende Weise steigern zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Rotor und eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine bereitzustellen, die eine möglichst hohe Leistungs- und Energiedichte bei gleichzeitig möglichst kompakter, einfacher und kostengünstiger Ausbildung erlauben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor und eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine ist um eine Achse in einer Rotationsrichtung rotierbar und weist eine Trägerscheibe aus einem weichmagnetischen Material auf, die zumindest bezüglich eines axialen Scheibenteils der Trägerscheibe in Rotationsrichtung in mehrere Magnetsektoren eingeteilt ist, die sich in Rotationsrichtung in zueinander abwechselnd angeordnete erste und zweite Magnetsektoren gliedern. Weiterhin weist der Rotor mehrere Permanentmagnete auf, die jeweils einen Nordpol und einen Südpol aufweisen und denen jeweils eine von ihrem Südpol zum Nordpol gerichtete Magnetrichtung zugeordnet ist, wobei in jedem Magnetsektor mindestens zwei der mehreren Permanentmagnete angeordnet sind, und die mindestens zwei in einem der jeweiligen Magnetsektoren angeordneten Permanentmagnete zwei erste Permanentmagnete umfassen. Dabei sind die in den ersten Magnetsektoren angeordneten Permanentmagnete derart angeordnet, dass ihre Magnetrichtung zum Teil in eine erste Richtung weist, die parallel zu einer axialen Richtung ist, und wobei die in den zweiten Magnetsektoren angeordneten Permanentmagnete derart angeordnet sind, dass ihre Magnetrichtung zum Teil entgegen die erste Richtung weist. Weiterhin ist die Magnetrichtung der jeweiligen Permanentmagnete nicht parallel zur ersten Richtung und in der Rotationsrichtung um einen jeweiligen Winkel gegenüber der ersten Richtung geneigt, wobei für mindestens einen der Magnetsektoren den zwei in dem Magnetsektor angeordneten ersten Permanentmagneten eine gemeinsame erste Magnettasche zugeordnet ist, die frei von dem weichmagnetischen Material ist, und die sich unmittelbar an in Rotationsrichtung einander zugewandte erste Enden der zwei ersten Permanentmagnete anschließt und einen ersten Zwischenbereich in Rotationsrichtung zwischen den einander zugewandten ersten Enden der zwei ersten Permanentmagnete ausfüllt. Dabei füllt die erste Magnettasche einen zweiten Bereich aus, der um ein Vielfaches größer ist als der erste Zwischenbereich und der bezüglich der axialen Richtung hinter den zwei ersten Permanentmagneten liegt und der sich bezüglich der axialen Richtung unmittelbar an den ersten Zwischenbereich anschließt.
Es hat sich gezeigt, dass bei gleicher Magnetmenge eine deutlich größere Energiedichte und Leistungsdichte bereitgestellt werden kann, wenn die Magnettaschen möglichst groß ausgebildet werden und hauptsächlich bezüglich der axialen Richtung hinter den Permanentmagneten angeordnet werden. Die gemeinsame Magnettasche der zwei ersten Permanentmagnete kann also in den ersten Zwischenbereich und den zweiten Bereich gegliedert werden, der bezüglich der axialen Richtung hinter den zwei ersten Permanentmagneten angeordnet ist. Der zweite Bereich ist dabei um ein Vielfaches größer als der Zwischenbereich, was bedeutet, dass der zweite Bereich hinsichtlich seines Volumens also mindestens doppelt so groß ist wie der erste Zwischenbereich, vorzugsweise noch größer. Gerade in oder entgegen axialer Richtung hinter den Permanentmagneten ist darüber hinaus vorteilhafterweise ausreichend Platz, um sehr große Magnettaschen bereitstellen zu können. Dadurch vergrößert sich der Bauraum der Axialflussmaschine in axialer Richtung zwar etwas, was aufgrund ihrer ohnehin sehr geringen Ausdehnung in axialer Richtung jedoch lediglich eine sehr untergeordnete Rolle spielt. Die gemeinsame Magnettasche kann beispielsweise ein Volumen innerhalb der Trägerscheibe beanspruchen, das zum Beispiel mindestens so groß ist wie ein Volumen eines der ersten Permanentmagnete, vorzugsweise noch größer. In Rotationsrichtung ist zwischen zwei ersten Permanentmagneten, je nach Ausbildung der Permanentmagnete, üblicherweise jedoch lediglich wenig Bauraum vorhanden. Gerade durch die Ausbildung der ersten Magnettasche derart, dass diese sich zum Großteil in einen Bereich erstreckt, der bezüglich der axialen Richtung hinter den Permanentmagneten positioniert ist, lässt sich überhaupt erst eine solch große erste Magnettasche realisieren. Gleichzeitig lässt sich dies auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisieren, da für eine solche Steigerung der Leistungsdichte und Energiedichte keine zusätzlichen Magnete erforderlich sind, und vergrößerte Magnettaschen zudem zu einem reduzierten Gewicht des Rotors führen, da diese wie eingangs beschrieben beispielsweise einfach als Löcher beziehungsweise Durchbrüche in der Trägerscheibe ausgebildet sein können. Optional können die Magnettaschen auch mit einem elektrisch und magnetisch nicht-leitenden Material, zum Beispiel einem Kunststoff, gefüllt sein, was ebenfalls gewichtstechnische Vorteile gegenüber dem weichmagnetischen Material der Trägerscheibe mit sich bringt. Die Ausbildung der ersten Magnettasche als eine gemeinsame Magnettasche für die beiden ersten Permanentmagnete hat zudem den Vorteil, insbesondere im Gegensatz zu einer Ausbildung zweier von einem Steg separierte Magnettaschen, dass eine durch den Steg bedingte Flussleckage vermieden werden kann. Auch dies trägt wiederum zur Effizienzsteigerung des Rotors und insbesondere der permanenterregten Axialflussmaschine, in welcher der Rotor Anwendung findet, bei. Im Gegensatz zu Radialflussmaschinen ist ein solcher Steg bei Axialflussmaschinen aufgrund der anderen Anordnung der Magnete und Magnettaschen nicht erforderlich, um Zugkräfte aufzunehmen, die aus den Zentrifugalkräften bei Rotation des Rotors resultieren. Insgesamt wird hierdurch auf einfache, kompakte und kostengünstige Weise eine Steigerung der Leistungs- und Energiedichte ermöglicht.
Die Permanentmagnete sind vorzugsweise mit zumindest zwei ebenen Seiten ausgebildet, die einander gegenüber liegen und von denen eine einen Nordpol darstellt und die andere den Südpol. Wie oben definiert, wird entsprechend die Richtung vom Südpol zum Nordpol als Magnetrichtung bezeichnet. Die Magnetfeldlinien außerhalb der Permanentmagnete verlaufen dagegen vom Nordpol zum Südpol. Damit entspricht die Magnetrichtung der Magnetfeldrichtung in unmittelbarer Nähe zum Nordpol und Südpol. Ein jeweiliger erster Permanentmagnet kann beispielsweise eine Länge in radialer Richtung aufweisen, eine Höhe in Magnetrichtung und eine Breite in einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten und zur radialen Richtung ist, wobei dann die ersten Enden der ersten Permanentmagnete diese bezüglich der zweiten Richtung begrenzen. Die Magnetrichtung ist wie oben definiert nicht exakt parallel zur axialen Richtung ausgerichtet, sondern in oder entgegen Rotationsrichtung gegenüber der axialen Richtung geneigt. Die Permanentmagnete sind sozusagen um eine in radialer Richtung verlaufende Achse um jeweils einen bestimmten Winkel gedreht, so dass ihre Magnetrichtung diesen bestimmten Winkel mit der axialen Richtung einschließt. Einer der zwei ersten Permanentmagnete eines gleichen Magnetsektors ist dabei vorzugsweise bezüglich der zur axialen Richtung senkrechten Rotationsebene um den bestimmten Winkel in Rotationsrichtung und der andere der zweit Permanentmagnete um den gleichen bestimmten Winkel jedoch entgegen Rotationsrichtung geneigt. Mit anderen Worten sind die zwei Permanentmagnete des gleichen Magnetsegments bezüglich der Rotationsebene um den gleichen Winkel jedoch gegensinnig geneigt. Dadurch lässt sich wie eingangs beschrieben ein Reluktanzdrehmoment erzeugen, was wiederum die ebenfalls eingangs beschriebenen Vorteile mit sich bringt. Diese Anordnung entspricht also vorzugsweise der eingangs genannten V-Anordnung der Magnete. Die zwei ersten Permanentmagnete eines Magnetsektors der Trägerscheibe können dabei als Magnetpaar aufgefasst werden. Ein jeweiliger Magnetsektor weist also ein solches Magnetpaar auf, die in Rotationsrichtung umlaufend alternierend bezüglich der Ausrichtung ihrer Magnetrichtungen angeordnet sind. Dass die Magnetrichtung dabei zum Teil in beziehungsweise entgegen die erste Richtung weist, ist dabei so zu verstehen, dass die Magnetrichtung zwar nicht parallel zur ersten Richtung ist, aber eine Richtungskomponente aufweist, die in die erste Richtung weist beziehungsweise entgegen der ersten Richtung gerichtet ist.
Wenn der Rotor beispielsweise in einer Doppelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine Anwendung findet, so kann der Rotor sozusagen zwei Magnetschichten aufweisen, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind. Der Rotor ist in diesem Fall dann in axialer Richtung zwischen zwei Statoren angeordnet, wobei eine der Magnetschichten einem der Statoren zugeordnet und zugewandt ist, und die andere der Magnetschichten dem anderen Stator. In diesem Fall kann also der Rotor eine Trägerscheibe aufweisen, die in axialer Richtung in zwei Scheibenteile untergliedert ist. Diese Untergliederung soll dabei lediglich eine gedachte Untergliederung und keine räumlich strukturierte Untergliederung darstellen. Jeder dieser Scheibenteile kann dann in eine entsprechende Anzahl an Magnetsektoren eingeteilt werden. Auch diese Einteilung ist wiederum als gedachte Einteilung zu verstehen und nicht als strukturelle Untergliederung der Trägerscheibe selbst. Die Magnetsektoren eines ersten Scheibenteils der Trägerscheibe können dann bezüglich der Magnetsektoren des zweiten Scheibenteils der Trägerscheibe auch in Rotationsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein, zum Beispiel um eine halbe Breite eines solchen Magnetsektors in Rotationsrichtung. Die Definition der Magnetsektoren und der Ausrichtung der von Ihnen umfassten Permanentmagnete soll entsprechend für zumindest einen solchen Scheibenteil der Trägerscheibe gelten. Weist die Trägerscheibe also optional mehrere solcher Scheibenteile, also zum Beispiel zwei Scheibenteile auf, so können diese sich in der Anordnung der Magnetsektoren auch unterscheiden. Es kann aber auch vorgesehen sein, insbesondere wenn der Rotor als Rotor für eine Einzelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine oder für eine Doppelrotor-Einzelstator-Axialflussmaschine verwendet wird, dass die Trägerscheibe nur einen Scheibenteil aufweist. In diesem Fall sind in der Trägerscheibe keine zwei Magnetschichten angeordnet, die unterschiedlichen Statoren zugeordnet sind. Dies stellt auch die bevorzugte Variante dar. Nichtsdestoweniger kann die Trägerscheibe mehrere einem gleichen Stator zugeordnete axiale Magnetreihen aufweisen, wie dies später näher erläutert wird. In diesem Fall sind die mehreren Magnetreihen dann innerhalb eines gleichen Magnetsektors vorgesehen.
Die Permanentmagnete können darüber hinaus wie ebenfalls eingangs beschrieben, in die Trägerscheibe eingebettet sein. Mit anderen Worten sind die Permanentmagnete nicht auf einer Oberfläche der Trägerscheibe angeordnet, sondern die Trägerscheibe ist mit entsprechenden Aussparungen in axialer Richtung versehen, in welchen die Permanentmagnete angeordnet sind, und zum Beispiel mittels Kunststoff oder Harz oder Klebstoff eingegossen sind. Die Permanentmagnete können aber auch andersartig befestigt sein, zum Beispiel auch rein mechanisch. Eine Kombination dieser Befestigungsmöglichkeiten ist ebenfalls denkbar.
Darüber hinaus kann jeder Magnetsektor wie zum mindestens einen Magnetsektor beschrieben ausgebildet sein. Vorzugsweise ist also jedem ersten Permanentmagnetpaar bestehend aus den zwei ersten Permanentmagneten eines jeweiligen Magnetsektors eine solche gemeinsame erste Magnettasche zugeordnet. Denkbar ist eine solche Ausgestaltung beispielsweise auch nur für jeden zweiten Magnetsektor oder ähnliches. Am effizientesten ist es jedoch, wenn alle Magnetsektoren gleich ausgebildet sind. Die weiteren Beschreibungen, die sich auf den mindestens einen Magnetsektor beziehen und insbesondere auf die Ausbildung der in diesem Magnetsektor angeordneten Permanentmagnete und Magnettaschen, lassen sich damit analog auch auf alle übrigen Magnetsektoren übertragen.
Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für den mindestens einen der Magnetsektoren bezüglich der axialen Richtung vor der ersten Magnettasche mindestens ein zweiter Permanentmagnet angeordnet. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass sich durch eine weitere Magnetreihe in axialer Richtung innerhalb eines gleichen Magnetsektors die Energiedichte und Leistungsdichte in enorm steigern lässt. Insbesondere das Verhältnis von Drehmomentdichte zu Magnetkosten lässt sich hierdurch optimieren. Das Magnetpaar der zwei ersten Permanentmagnete, die dann entsprechend einer gleichen ersten Magnetreihe zugeordnet sind, bildet in einer Draufsicht auf die radiale Richtung sozusagen ein V, wobei die erste Magnettasche im Bereich der V-Spitze angeordnet ist, und zwar so, dass diese in die Richtung, in die die V-Spitze zeigt, hinter den Permanentmagneten angeordnet ist. Im der ersten Magnettasche gegenüber liegenden axialen Bereich, sozusagen zwischen den V-Schenkeln der ersten Permanentmagnete, ist sozusagen noch ausreichend Bauraum zur Verfügung, um dort mindestens einen weiteren Permanentmagnet als Teil einer zweiten Magnetreihe zu integrieren, der insbesondere kleiner ausgestaltet sein kann, als die zwei ersten Permanentmagnete. Die Integration eines solchen zweiten Permanentmagnets erfordert damit keinerlei zusätzlichen Bauraum. Dabei können zum Beispiel auch zwei solcher zweiten Permanentmagnete in diesem Bereich angeordnet sein. Diese können korrespondierend zu den ersten Permanentmagneten ebenfalls in V-Form zueinander angeordnet sein, und zum Beispiel ebenfalls eine gemeinsame zweite Magnettasche aufweisen, die sich in Rotationsrichtung in einem Zwischenbereich zwischen den zwei zweiten Permanentmagneten befindet und sich zum Teil auch in axialer Richtung hinter diese zwei zweiten Permanentmagneten erstreckt. Auch diese kann dann entsprechend kleiner ausgebildet sein als die erste Magnettasche. Auch an den gegenüberliegenden Enden, sowohl der ersten als auch der zweiten Permanentmagnete, können sich ebenfalls jeweilige Magnettaschen anschließen.
Als besonders effizient hat es sich jedoch erwiesen, wenn nur ein solcher zweiter Permanentmagnet vorgesehen ist. Gerade durch einen einzelnen solchen zweiten Permanentmagnet lässt sich das Verhältnis von Drehmomentdichte zu Magnetkosten maximieren.
Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn für den mindestens einen der Magnetsektoren bezüglich der axialen Richtung vor der ersten Magnettasche genau ein zweiter Permanentmagnet angeordnet ist, dessen Magnetrichtung parallel zur axialen Richtung ist, und der insbesondere in Rotationsrichtung zum Teil zwischen den zwei ersten Permanentmagneten angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders bauraumeffiziente Anordnung eines solchen zweiten Permanentmagnets und erlaubt eine besonders effiziente Steigerung der Energiedichte bei nur geringfügigen Mehrkosten durch den weiteren Magneten. Dieser zweite Permanentmagnet ist dann auf der dem Stator zugewandten Seite der ersten Permanentmagneten angeordnet, während die erste Magnettasche zumindest zum Großteil auf der dem Stator abgewandten Seite der ersten Permanentmagneten angeordnet ist. Die erlaubt es, sowohl die ersten als auch die zweiten Permanentmagnete näher am Stator anzuordnen, was einen effizienteren Betrieb erlaubt.
Ist nur ein solcher zweiter Permanentmagnet pro Magnetsektor vorgesehen, so ist es zudem bevorzugt, dass dessen Magnetrichtung parallel zur Axialrichtung und damit zur ersten Richtung ausgerichtet ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die erste Magnettasche unmittelbar an die ersten Enden anschließend über mindestens einen Großteil deren Länge, vorzugsweise über deren gesamte Länge in radialer Richtung. Damit kann der in radialer Richtung zur Verfügung stehende Bauraum zur Ausbildung der ersten Magnettasche maximal effizient genutzt werden. Die erste Magnettasche kann die Trägerscheibe in radialer Richtung vollständig durchdringen, was zudem eine besonders einfache Fertigung erlaubt.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die erste Magnettasche in Rotationsrichtung eine Breite aufweist, die mit zunehmendem Abstand von den ersten Permanentmagneten über einen Großteil einer Höhe der ersten Magnettasche bezüglich der axialen Richtung zunimmt. Mit anderen Worten kann sich die erste Magnettasche in oder entgegen axialer Richtung mit zunehmendem Abstand von den ersten Permanentmagneten verbreitern. Da die Magnettasche also bezüglich der axialen Richtung hauptsächlich hinter den ersten Permanentmagneten angeordnet ist, ist auch hier ausreichend Bauraum zur Verfügung gestellt, um eine solche Verbreiterung zu ermöglichen. Diese Verbreiterung erlaubt wiederum eine möglichst große Ausbildung der ersten Magnettaschen, was wiederum der Effizienzsteigerung dient.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Magnettasche in Rotationsrichtung eine Breite auf, die sich in Richtung der Achse konisch verjüngt. Auch hierdurch lässt sich wiederum der zur Verfügung stehende Bauraum maximal effizient ausnutzen. Die erste Magnettasche kann sich somit nämlich mit zunehmendem Abstand von der Achse in Rotationsrichtung verbreitern.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass sich die Permanentmagnete mit zunehmendem Abstand von der Achse in Rotationsrichtung verbreitern, so dass diese in einer Draufsicht auf die axiale Richtung quasi dreiecksförmig ausgebildet sind. Bevorzugt ist es jedoch, dass die Magnete quaderförmig ausgebildet sind. Quaderförmig ausgebildete Magnete lassen sich deutlich kostengünstiger herstellen als geometrische Sonderformen. Durch die Möglichkeit, die ersten Magnettaschen wie beschrieben besonders groß auszubilden, insbesondere zudem in der beschriebenen Formgebung, kann vorteilhafterweise auch ohne spezielle Formgebung der Magnete eine extrem hohe Drehmomentdichte und Energiedichte bereitgestellt werden. Auch hierdurch lässt sich wiederum das Verhältnis aus Drehmomentdichte und Magnetkosten maximieren. Die Länge der Magnete in radialer Richtung stellt dabei vorzugsweise ihre größte Abmessung dar. Ihre Höhe und Breite, wie diese oben definiert wurden, können beispielsweise auch ungefähr gleich ausgebildet sein oder die Breite kann etwas größer sein als deren Höhe in Magnetrichtung. Ein Abstand zwischen den zwei ersten Permanentmagneten in Rotationsrichtung vergrößert sich damit mit zunehmenden Abstand von der Rotationsachse. In diesem Abstandsbereich ist entsprechend der Zwischenbereich angeordnet, der einen Teil der ersten Magnettasche darstellt.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das weichmagnetische Material durch einen weichmagnetischen Verbundwerkstoff bereitgestellt. Dieser wird auch als SMC (Soft Magnetic Composite)-Material bezeichnet. Ein solcher weichmagnetischer Verbundwerkstoff kann aus puderartigen Eisenpartikeln bereitgestellt sein, die mit einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einem Kunststoff, allseitig ummantelt sind, d.h. in ein solches eingeschlossen sind. Ein solches weichmagnetisches Verbundmaterial kann in beliebige Formgebungen gebracht werden, zum Beispiel mittels Sintern, was die Ausbildung komplexer dreidimensionaler Strukturen innerhalb eines solchen Materials ermöglicht. Analog wie bei der Verwendung von laminierten Eisenblechen, aber in deutlich verbesserter Form verhindert oder reduziert auch ein solcher weichmagnetischer Verbundwerkstoff durch die elektrische Isolierung, die die einzelnen Eisenpartikel umgibt, Wirbelströme innerhalb des weichmagnetischen Materials. Während bei laminierten Eisenblechen solche Wirbelströme grundsätzlich nur in einer Richtung unterbunden werden können, nämlich senkrecht zu den Eisenblechen, so lassen sich durch einen solchen weichmagnetischen Verbundwerkstoff Wirbelströme in allen Richtungen isotrop unterbinden. Damit kann die Energie- und Drehmomentdichte weiter gesteigert werden, da es zu deutlich weniger Verlusten durch die Trägerscheibe kommt. Gleichzeitig ermöglicht es dies, die komplexe Struktur der ersten Magnettaschen auf besonders einfache Weise in die Trägerscheibe zu integrieren. Auch die Integration der Permanentmagnete gestaltet sich so besonders einfach.
Da sich durch die Verwendung eines solchen weichmagnetischen Verbundwerkstoffs besonders einfach Löcher und Durchbrüche in beliebiger Geometrie in der Trägerscheibe realisieren lassen, kann die Trägerscheibe auch noch weitere Löcher oder Durchbrüche aufweisen, die sich insbesondere nicht direkt an die in die Trägerscheibe integrierten Permanentmagnete anschließen. Diese dienen dann lediglich der Gewichtsreduktion des Rotors. Zusätzlich kann hierdurch auch noch weichmagnetisches Material für die Trägerscheibe eingespart werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor oder einer seiner Ausgestaltungen. Die für den erfindungsgemäßen Rotor und seine Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten dabei in gleicher Weise für die Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine als eine Einzelstator-Doppelrotor-Axialflussmaschine ausgebildet, die einen Stator aufweist und zwei erfindungsgemäße Rotoren oder zwei Rotoren gemäß von Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei der Stator in axialer Richtung zwischen den zwei Rotoren angeordnet ist.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine als Einzelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine oder Doppelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine ausgebildet ist. In beiden Fällen würde diese dann nur einen einzelnen Rotor und einen beziehungsweise zwei Statoren umfassen. Aus Sicht der Leistungsdichte ist jedoch gerade eine Doppelstator-Einzelrotor-Anordnung weniger effizient, weil das Statorjoch der beiden Statoren zusätzlich Bauraum beansprucht und durch das Eisen ein sehr hohes Gewicht aufweist. Damit lässt sich eine Einzelstator-Doppelrotor-Axialflussmaschine bauraumtechnisch und gewichtstechnisch deutlich effizienter ausgestalten. Aber auch bezüglich Leistungsdichte und Drehmomentdichte können durch eine Einzelstator-Doppelrotor-Axialflussmaschine deutlich größere Werte erzielt werden als für Einzelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschinen oder Doppelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschinen.
In diesem Fall ist also der Stator zwischen den zwei Rotoren angeordnet. Die Rotoren sind dabei jeweils so ausgestaltet, dass die ersten Magnettaschen dem Stator abgewandt sind, während die ersten Permanentmagnete entsprechend dem Stator zugewandt sind. Die ersten Permanentmagnete sind damit also näher am Stator angeordnet als die ersten Magnettaschen. Zwischen dem Stator und dem jeweiligen Rotor befindet sich ein Luftspalt. Die ersten Magnettaschen befinden sich also auf der dem Luftspalt abgewandten Seite der ersten Permanentmagnete.
Des Weiteren soll auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine oder einer ihrer Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Diese kann eine Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs darstellen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Axialflusssynchronmaschine mit V-förmig angeordneten Magnete gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel;
2 eine graphische Darstellung der Zusammensetzung des Gesamtdrehmoments aus magnetischem Anteil und Reluktanzanteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Axialfluss-permanenterregten Synchronmaschine, die als Doppelrotor-Einzelstator-Axialflussmaschine ausgebildet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Rotors für eine Axialflussmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung des Rotors aus 4 als transparente Darstellung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines Magnetsegments des Rotors aus 4 in einer Draufsicht auf die radiale Richtung;
7 eine schematische und perspektivische sowie transparente Darstellung des Magnetsegments des Rotors aus 4;
8 eine schematische und transparente Darstellung eines Magnetsegments mit einem zusätzlichen Permanentmagnet für einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 eine schematische und perspektivische Darstellung des Magnetsegments aus 8;
10 eine schematische, perspektivische und transparente Darstellung des Magnetsegments aus 8;
11 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Rotors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 eine schematische Darstellung eines Magnetsegments für einen Rotor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
13 eine schematische, perspektivische und transparente Darstellung des Magnetsegments aus 12;
14 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines weichmagnetischen Verbundwerkstoffs zur Verwendung für einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
15 eine weitere schematische Darstellung eines weichmagnetischen Verbundwerkstoffs zur Verwendung für einen Rotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
16 eine weitere schematische und perspektivische Darstellung eines Rotors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem nunmehr zusätzliche Öffnungen in der Trägerscheibe vorgesehen sind; und
17 eine weitere schematische und perspektivische Darstellung eines Rotors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem nunmehr die Magnete sowie die sonstigen Öffnungen in der Trägerscheibe mit einem nicht weichmagnetischen Material ausgegossen sind.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer permanenterregten Axialflussmaschine 10 gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel. Grundsätzlich können solche Axialflussmaschinen 10 vielzählige Ausprägungen annehmen. In 1 ist eine Variante dargestellt, gemäß welcher die Axialflussmaschine 10 als Einzelrotor-Doppelstator-Axialflussmaschine ausgebildet ist. Der Rotor 12 befindet sich in axialer Richtung a entsprechend zwischen zwei Statoren 14a und 14b. Der Rotor 12 ist entsprechend um eine Rotationsachse A rotierbar. Der Rotor 12 umfasst weiterhin mehrere Magnete 16, die in axialer Richtung in zwei Schichten angeordnet sind, nämlich eine obere Schicht und eine untere Schicht, bezogen auf die Darstellung in 1. Die in axialer Richtung a obere Schicht ist entsprechend dem oberen Stator 14a zugeordnet, und die untere Schicht dem unteren Stator 14b. Die Magnete 16 sind weiterhin in einem Träger 18, der scheibenförmig ausgebildet ist, eingebettet. Die Besonderheit bei dieser Anordnung der Magnete 16 besteht insbesondere darin, dass diese in V-Form zueinander angeordnet sind. Um dies besser beschreiben zu können, ist eine Magnetrichtung m definiert, die von der Seite eines Magnets 16 mit dem magnetischen Südpol zum magnetischen Nordpol gerichtet ist. Bei herkömmlichen Axialflussmaschinen sind die Magnetrichtungen m der Permanentmagnete 16 typischerweise parallel zur Rotationsachse A ausgerichtet. Durch die vorliegend illustrierte V-Form der Magnete 16 sind die jeweiligen Magnetrichtungen m jedoch um einen Winkel gegenüber der axialen Richtung a geneigt, insbesondere in beziehungsweise entgegen Rotationsrichtung u. Dadurch kann ein Reluktanzdrehmoment erzeugt werden, was den großen Vorteil hat, dass sich hierdurch eine deutlich größere Gesamtleistungsdichte und Drehmomentdichte bereitstellen lässt. Dies ist nochmal graphisch anhand von 2 veranschaulicht. 2 zeigt dabei eine graphische Darstellung des Drehmoments M abhängig vom elektrischen Winkel α in Grad. Der elektrische Winkel α ergibt sich dabei als Produkt aus der Polpaarzahlt und dem geometrischen Winkel α', so dass z.B. der elektrische Winkel α gleich dem geometrischen Winkel α' ist, wenn die Polpaarzahl gleich 1 ist, also z.B. für eine zweipolige E-Maschine. Das an der Ordinate aufgetragene Drehmoment M ist dabei in Einheitswerten aufgetragen. Die Kurve M1 veranschaulicht dabei das Gesamtdrehmoment, welches sich aus einem rein magnetischen Anteil, welcher durch die Kurve M2 veranschaulicht ist, und einem Reluktanzdrehmomentanteil, welcher durch die Kurve M3 veranschaulicht ist, zusammensetzt. Bei Rotoren mit ausschließlich Oberflächenmagneten entsteht kein Reluktanzdrehmoment, sondern nur ein aus den Magneten stammendes Drehmoment, wie dies durch die Kurve M2 veranschaulicht ist. In Synchronreluktanzmaschinen entsteht ausschließlich ein Reluktanzdrehmoment, wie dieses durch die Kurve M3 veranschaulicht ist, jedoch kein Magnetdrehmoment. Eine Synchronreluktanzmaschine enthält im Rotor keinen Permanentmagnet. Bei Rotoren, bei denen die Magnete in V-Form angeordnet sind, wie zum Beispiel in 1 dargestellt, entsteht sowohl ein Magnetdrehmoment als auch ein Reluktanzdrehmoment, woraus sich die Gesamtdrehmomentkurve M1 ergibt. Deswegen kann durch solche Maschinen mit der gleichen Magnetmenge mehr Drehmoment und Leistung erzeugt werden, als zum Beispiel bei Maschinen mit ausschließlich Oberflächenmagneten, die kein Reluktanzdrehmoment erzeugen.
Entsprechend bezieht sich auch die Erfindung und ihre Ausführungsformen auf Rotoren, deren Permanentmagnete in einer solchen V-Form angeordnet sind, weil sich hierdurch die oben genannten großen Vorteile erzielen lassen. Zusätzlich ermöglicht es die Erfindung nunmehr, die Drehmomentdichte und Leistungsdichte zusätzlich zu steigern, wie dies nun nachfolgend näher erläutert wird.
3 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Axialfluss-permanenterregten Synchronmaschine 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese ist in diesem Beispiel als Einzelstator-Doppelrotor-Axialflussmaschine 20 ausgebildet. Die Synchronmaschine 20 weist also einen einzelnen Stator 22 sowie zwei Rotoren 24 auf. Der Stator 22 ist dabei in axialer Richtung a zwischen den beiden Rotoren 24 angeordnet. Die Rotoren 24 sind dabei um die Achse A rotierbar. Grundsätzlich lassen sich die Erfindung und ihre nachfolgend noch näher erläuterten Ausführungsbeispiele in gleicher Weise aber auch für eine Einzelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine verwenden, gemäß welcher dann einer der beiden Rotoren 24 entfallen würde, oder aber auch für eine Doppelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine, wie diese zum Beispiel in 1 dargestellt ist. In diesem Fall könnte einer der beiden Rotoren 24 ebenfalls mit zwei Magnetschichten, die den jeweils äußeren Statoren zugeordnet sind, ausgebildet sein. Ein in 3 dargestellter, einzelner Rotor 24 könnte dann in diesem Fall die Hälfte eines Rotors darstellen, wie er für eine solche Doppelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine ausgebildet wäre. Die andere Hälfte ergäbe sich einfach durch eine Spiegelung des Rotors 24 an einer zur Achse A senkrechten Spiegelebene. Die beiden Rotorhälften könnten dann entsprechend auch in Rotationsrichtung u zueinander versetzt angeordnet sein und die später noch näher erläuterten ersten Magnettaschen 26 auch in Rotationsrichtung u überlappend und zahnradartig ineinander greifend angeordnet sein. Gerade aber Einzelstator-Doppelrotor-Axialflussmaschinen 20 haben besonders große Vorteile gegenüber den anderen genannten Alternativen, da diese eine größere Leistungsdichte oder Drehmomentdichte erreichen können. Auch haben sie bauraumtechnische und gewichtstechnische Vorteile, da zum Beispiel eine Doppelstator-Einzelrotor-Axialflussmaschine ein zusätzliches Eisenjoch benötigt, was wiederum sehr viel Bauraum benötigt und sehr schwer ist.
Ein Rotor 24 für eine solche Synchronmaschine 20 ist noch einmal separat in 4 in einer perspektivischen Darstellung und in 5 in einer transparenten Darstellung dargestellt. Der Rotor 24 weist dabei zum einen eine Trägerscheibe 28 aus weichmagnetischem Material, insbesondere aus weichmagnetischem Verbundwerkstoff auf, wie dieser später näher erläutert wird. In diese Trägerscheibe 28 sind zum einen mehrere Permanentmagnete 30 eingebettet, die im Folgenden auch als erste Permanentmagnete 30 bezeichnet werden. Grundsätzlich lässt sich die Trägerscheibe 28 zunächst in mehrere Magnetsegmente 28a, 28b gliedern, wie diese durch die gestrichelten Linien in 4 veranschaulicht sind. Diese Magnetsegmente 28a, 28b lassen sich wiederum in erste Magnetsegmente 28a und zweite Magnetsegmente 28b gruppieren. Diese wechseln sich in Rotationsrichtung u in ihrer Anordnung ab. Entsprechend gibt es genauso viele erste wie zweite Magnetsegmente 28a, 28b. In diesem Beispiel umfasst der Rotor 24 zehn Magnetsegmente 28a, 28b, die entsprechend fünf Polpaare bilden. In jedem der Magnetsegmente 28a, 28b sind zwei erste Permanentmagnete 30 angeordnet. Dabei ist die Magnetrichtung m, die vom magnetischen Südpol zum magnetischen Nordpol eines jeweiligen Magnets 30 weist, wie dann durch Pfeile veranschaulicht, wobei nicht alle dieser Pfeile mit einem Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit versehen sind. Die Abmessung der Permanentmagnete 30 in Magnetrichtung m kann zum Beispiel eine Höhe der jeweiligen Permanentmagnete 30 definieren, während ihre Erstreckung in radialer Richtung r eine Länge I (vgl. 5) definiert und eine Erstreckung der Permanentmagnete 30 senkrecht zur radialen Richtung r und senkrecht zur Magnetrichtung m eine Breite b (vgl. ebenfalls 5) definiert. Auch hier sind nun vorteilhafterweise die Magnete 30 so angeordnet, dass ihre Magnetrichtung m nicht parallel zur Rotationsachse A ist, sondern gegenüber dieser um einen bestimmten Winkel in oder entgegen Rotationsrichtung u geneigt ist, so dass sich auch hierdurch wiederum vorteilhafterweise ein Reluktanzdrehmoment zusätzlich zum magnetischen Moment erzeugen lässt, wodurch sich wiederum insgesamt eine deutlich höhere Drehmomentdichte beziehungsweise Leistungsdichte bereitstellen lässt.
Diese Drehmomentdichte beziehungsweise Leistungsdichte lässt sich nun vorteilhafterweise zusätzlich noch dadurch steigern, indem den zwei ersten Permanentmagneten 30 eines Magnetsektors 28a, 28b eine gemeinsame erste Magnettasche 26 zugeordnet ist. Diese erste Magnettasche 26 stellt einen Bereich innerhalb der Trägerscheibe 28 dar, der frei von weichmagnetischem Material ist, und in welchem auch keine Magnete 30 angeordnet sind. Die erste Magnettasche 26 bildet also einen Reluktanzhohlraum, insbesondere in der Mitte zwischen den Magneten 30, zum Erzeugen eines hohen Reluktanzdrehmoments. Diese ersten Magnettaschen 26 können zum Beispiel als Durchbrechungen in radialer Richtung r in der Trägerscheibe 28 ausgebildet sein, das heißt, sie können die Trägerscheibe 28 in radialer Richtung r vollständig durchdringen. Bevorzugt ist dabei für jedes Magnetpaar aus zwei Permanentmagneten 30 pro Magnetsektor 28a, 28b eine solche gemeinsame erste Magnettasche 26 vorgesehen.
Die Magnete 30 in einem jeweiligen ersten Magnetsektor 28a sind dabei so orientiert, dass ihre Magnetrichtung m zum Teil in axiale Richtung a weist, während die Magnete 30 in den zweiten Magnetsektoren 28b so orientiert sind, dass ihre Magnetrichtung m einen entgegen der axialen Richtung a gerichteten Anteil aufweist. Die genaue Geometrie dieser ersten Magnettaschen 26 wird nun anhand von 6 und 7 näher erläutert, die jeweils eine schematische Darstellung eines einzelnen Magnetsegments 28a des Rotors 24 aus 4 und 5 illustrieren. 6 zeigt dabei ein solches Magnetsegment 28a in einer Draufsicht auf die radiale Richtung r in einer transparenten Darstellung, und 7 in einer perspektivischen und transparenten Darstellung. Die Permanentmagnete 30 des Magnetsektors 28a weisen dabei jeweils ein Ende 30a auf, welches in diesem Beispiel diejenige Seite der Permanentmagnete 30 definiert, die die Permanentmagnete 30 in Richtung ihrer Breite b begrenzt und die in Rotationsrichtung u einander zugewandt sind. Die erste Magnettasche 26 lässt sich nun in zwei Bereiche gliedern, nämlich einem ersten Zwischenbereich 26a, der in Rotationsrichtung u zwischen den beiden ersten Enden 30a der beiden ersten Permanentmagneten 30 angeordnet ist, und einem zweien Bereich 26b, der bezüglich der axialen Richtung a hinter den Permanentmagneten 30 angeordnet ist. Dabei ist der zweite Bereich 26b um ein Vielfaches größer als der Zwischenbereich 26a. Das heißt, mehr als der Großteil der ersten Magnettasche 26 liegt in axialer Richtung a hinter den Permanentmagneten 30 und somit auf einer dem Luftspalt zum in axialer Richtung a benachbart angeordneten Stator abgewandten Seite der Permanentmagnete 30. Diese erste Magnettasche 26 dient folglich für beide Permanentmagnete 30 als Reluktanzhohlraum. Diese erste Magnettasche 26 ist also vorteilhafterweise nicht in zwei separate Taschen separiert, beispielsweise durch einen Steg, der wiederum zu einer Flussleckage führen würde. Weiterhin wird hierbei die Erkenntnis genutzt, dass gerade in axialer Richtung a ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, um in die Trägerscheibe 28 eine solch große erste Magnettasche 26 integrieren zu können. Da Axialflussmaschinen ohnehin sehr kompakt in axialer Richtung a ausgebildet werden können, spielt dieser zusätzliche Bauraum in axialer Richtung a kaum eine Rolle. Die Magnete 30 können zudem als einfache quaderförmige Magnete 30 ausgebildet sein. Entsprechend nimmt auch ein Abstand zwischen den beiden Magneten 30 mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse A zu, wie dies vor allem in 7 gut zu erkennen ist. Entsprechend verbreitert sich auch die erste Magnettasche 26 mit zunehmendem Abstand von der Achse A. Mit anderen Worten läuft die erste Magnettasche 26 in ihrer Geometrie in Richtung Drehachse A konisch zu. Beispielsweise kann in Rotationsrichtung u eine Breite B der Magnettasche 26, die natürlich nicht über die gesamte erste Magnettasche 26 hinweg konstant sein muss, definiert sein. Diese Breite B der ersten Magnettasche 26 nimmt also entgegen der axialen Richtung a mit zunehmender Entfernung von den Permanentmagneten 30 zu, zumindest über einen Großteil der ersten Magnettasche 26 in axialer Richtung a, und in radialer Richtung mit zunehmendem Abstand von der Drehachse A ebenfalls.
In axialer Richtung zwischen dem ersten Zwischenbereich 26a und dem zweiten Bereich 26b der ersten Magnettasche 26 befindet sich im Bereich der ersten Enden 30a der Permanentmagnete 30 ein Haltevorsprung 28c der Trägerscheibe 28. Dieser dient der mechanischen Fixierung und Halterung der Magnete 30 in ihren Aufnahmebereichen. Vor allem in Rotationsrichtung u kann hierdurch vorteilhafterweise eine zusätzliche Stabilisierung der Magnete 30 bereitgestellt werden. Diese Vorsprünge 28c können dabei entlang der Kante der Permanentmagnete 30 verlaufen, die an die jeweiligen ersten Enden 30a angrenzt. Im Übrigen können auch an den den ersten Enden 30a gegenüber liegenden Enden 30b der Magnete 30 weitere Magnettaschen 32, z.B. zweite Magnettaschen 32, angeordnet sein. Diese sind jedoch deutlich kleiner als die erste Magnettasche 26 ausgebildet.
Die beiden ersten Magnete 30 können dabei nicht die einzigen Magnete darstellen, die in einem gleichen Magnetsektor 28a, 28b angeordnet sind. Insbesondere hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in axialer Richtung a mindestens eine zusätzliche Magnetreihe angeordnet ist, die mindestens einen weiteren zweiten Permanentmagnet 34 umfasst, wie dies in 8 veranschaulicht ist. Dieser weitere zweite Permanentmagnet 34 weist eine Magnetrichtung m auf, die parallel zur Rotationsachse A ausgerichtet ist und ist zudem mittig in Bezug auf die beiden ersten Permanentmagneten 30 ausgerichtet. In Richtung der Breite dieses zweiten Magnets 34, die in diesem Fall parallel zur Umfangsrichtung beziehungsweise Rotationsrichtung u ausgerichtet ist, schließen sich an den zweiten Magnet 34 wiederum zwei jeweilige Magnettaschen 36, z.B. dritte Magnettaschen 36, an. Dieser zweite Magnet 34 ist zudem in axialer Richtung der ersten Magnettasche 26 direkt gegenüberliegend angeordnet, das heißt also vor den Permanentmagneten 30. Die übrige Anordnung kann jedoch wie zuvor beschrieben ausgebildet sein.
9 und 10 zeigen das Magnetsegment 28a nochmal mit diesen nunmehr drei Permanentmagneten 30, 34, nämlich den zwei ersten Permanentmagneten 30, sowie dem zusätzlichen zweiten kleineren Permanentmagneten 34. Dieser kann sich in radialer Richtung r ebenso weit erstrecken, wie die beiden ersten Permanentmagnete 30, kann jedoch bezüglich seiner Höhe in Magnetrichtung m etwas kleiner ausgebildet sein, sowie optional auch hinsichtlich seiner Breite in Rotationsrichtung u.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels eines Rotors 24 als Ganzes, der nun in jedem Magnetsegment 28a, 28b zusätzlich zu den zwei ersten Magneten 30 den weiteren zweiten Magnet 34 aufweist. Im Übrigen kann der Rotor 24 wie zuvor beschreiben ausgebildet sein.
Gerade diese Anordnung mit genau einem zusätzlichen zweiten Magnet 34 hat sich als am effizientesten hinsichtlich der Optimierung des Verhältnisses von Drehmomentdichte und Magnetkosten erwiesen. Nichts desto weniger sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise kann diese zusätzliche axiale Magnetreihe auch mehrere Magnete aufweisen, zum Beispiel zwei zweite Magnete 34, wie dies in 12 und 13 veranschaulicht ist.
12 zeigt dabei insbesondere wiederum eine schematische Darstellung eines Magnetsegments 28a in einer Draufsicht auf die radiale Richtung relativ zum Luftspalt 39 zum Stator 22 (vgl. 3) und 13 eine schematische perspektivische und transparente Darstellung dieses Magnetsegments 28a. Die zwei zweiten Magnete 34 sind in diesem Beispiel ebenfalls V-förmig zueinander angeordnet und weisen eine gemeinsame vierte Magnettasche 38 auf, sowie zwei separate dritte Magnettaschen 36 an den gegenüberliegenden Enden. Diese gemeinsame vierte Magnettasche 38 ist jedoch deutlich kleiner als die erste Magnettasche 26 ausgebildet und befindet sich in Rotationsrichtung u im Wesentlichen nur zwischen den zweiten Permanentmagneten 34 und ragt in axialer Richtung a nicht oder nur geringfügig über diese hinaus.
Durch die V-förmige Anordnung der ersten Magnete 30 ist es also vorteilhafterweise möglich, den durch diese V-Form bereitgestellten, bislang ungenutzten Bereich zum Vorsehen einer weiteren Magnetreihe mit mindestens einem zweiten Magnet 34 zu nutzen, um auf effiziente Weise die Drehmomentdichte und Leistungsdichte weiter steigern zu können.
Wie bereits erwähnt, ist es bevorzugt, dass die Trägerscheibe 28 aus einem weichmagnetischen Verbundwerkstoff 40 ausgebildet ist, der schematisch in 14 und 15 dargestellt ist. Ein solcher weichmagnetischer Verbundwerkstoff 40 umfasst dabei puderförmige Eisenpartikel 42. Wie in 14 dargestellt, sind diese Eisenpartikel 42 dabei von einer elektrisch isolierenden Beschichtung 44 vollständig umgeben. Gemäß 15 sind die Eisenpartikel 42 in eine solche elektrisch isolierende Matrix 44 eingebettet. Durch Sintern lässt sich aus einem solchen weichmagnetischen Verbundwerkstoff 40 grundsätzlich jede beliebige komplexe dreidimensionale Geometrie formen. Entsprechend ist ein solcher weichmagnetischer Verbundwerkstoff 40 besonders geeignet zur Ausbildung einer Trägerscheibe 28 für einen erfindungsgemäßen Rotor 24 oder eine seiner Ausgestaltungen. Auch für den Stator 22 kann dieses Material als Träger für die Spulenwicklungen verwendet werden. Wie in 15 dargestellt, hat dieser Verbundwerkstoff 40 den Effekt, dass dieser Wirbelströme 46 effektiv verhindern kann, was durch die elektrisch isolierende Matrix 44 beziehungsweise die elektrisch isolierende Umhüllung 44 um die Eisenpartikel 42 erreicht wird. Im Gegensatz zu laminierten Eisenblechen ist diese wirbelstromunterdrückende Wirkung im Falle eines solchen Verbundwerkstoffs 40 isotrop. Durch diesen Verbundwerkstoff 40 lassen sich die speziellen dreidimensionalen Rotorformen des Rotors 24 auf besonders einfache, kostengünstige und effiziente Weise herstellen, wie dies mit konventionellen, laminierten Elektroblechen nur sehr schwierig oder in aufwendiger Weise möglich wäre.
Ein solcher Verbundwerkstoff 40 hat also folgende Eigenschaften: Er ist magnetisch leitend, besteht aus zwei oder mehr Materialien, nämlich aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere Metallpulver, und einem Verbundmaterial wie Kunststoff. Ein solcher Verbundwerkstoff 40 stellt einen Kompositwerkstoff dar. Metallpufferpartikel sind im Verbundmaterial eingebettet, wobei zwei nebeneinander liegende Metallpulverpartikel 42 sich nicht berühren und daher keine metallische, elektrisch leitende Schnittstelle haben. Entsprechend gibt es keinen Elektronenverkehr zwischen zwei nebeneinander liegenden Metallpufferpartikeln 42 und entsprechend auch keine oder lediglich geringe Wirbelströme 46 und daher sehr geringe Eisenverluste. Durch die geringen Eisenverluste ist es sehr vorteilhaft, diesen Verbundwerkstoff 40 in Elektromotoren als Stator- oder Rotormaterial oder beides zu verwenden.
16 zeigt eine weitere schematische und perspektivische Darstellung eines Rotors 24 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem nunmehr die Magnete sowie die diversen sonstigen Öffnungen in der Trägerscheibe 28, wie beispielsweise die Magnettaschen 26, 32, 36 mit einem nicht weichmagnetischen Material ausgegossen sind, zum Beispiel Kunststoff oder Epoxidharz. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Reluktanzöffnungen, das heißt, die Magnettaschen, zum Beispiel mittels Transfermolding, mittels Epoxidharz, oder durch Kunststoffspritzguss auszufüllen. Dadurch entsteht eine gute Magnetfixierung im Rotor 24. Das Ausgussmaterial ist elektrisch und magnetisch nicht leitfähig, und die magnetischen Eigenschaften gleichen denen von Vakuum oder Luft (µ_r=1). Ein solcher Ausguss lässt sich dabei für alle gezeigten Varianten der Rotoren 24, das heißt, mit nur zwei ersten Magneten 30 ohne zweite Magnete 26, mit einem zweiten Magnet 26 oder auch mit zwei zweiten Magneten 26, sowie optionalen weiteren, nicht dargestellten Magneten, und beliebig vielen Magnettaschen realisieren.
Außerdem können im Rotor 24 zusätzliche Durchbrüche oder Aussparungen oder Löcher vorgesehen sein, die keine Magnettaschen beziehungsweise Reluktanzhohlräume darstellen, und die ebenfalls entsprechend ausgegossen werden können mit einer solchen Vergussmasse 48. Solche Zusatzöffnungen sind zum Beispiel in 17 illustriert.
Insbesondere zeigt 17 wiederum eine schematische und perspektivische Darstellung eines Rotors 24 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, der bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede wie zuvor beschrieben ausgebildet sein kann. Hier sind zum einen in der Trägerscheibe 28 auf einer ihrer Oberflächen 28d rillenförmige Vertiefungen 50, die in radialer Richtung r verlaufen, ausgebildet. In diesem Beispiel ist eine solche Vertiefung 50 in jedem der Magnetsegmente 28a, 28b angeordnet. Diese Oberfläche 28d stellt in diesem Beispiel die dem Stator 22 zugewandte Oberfläche des Rotors 24 dar. Zusätzlich sind in der Trägerscheibe 28 noch weitere Durchgangsöffnungen 52 angeordnet, die eine kreisförmige Grundfläche senkrecht zur radialen Richtung aufweisen können und zum Beispiel auch in radialer Richtung in Richtung der Drehachse A konisch zulaufen können, also eine kegelstumpfförmige Grundform aufweisen können. Grundsätzlich können solche Durchbrüche 52 aber auch beliebig geometrisch geformt sein. In diesem Beispiel ist im Grenzbereich zwischen je zwei Magnetsegmenten 28a, 28b je ein solcher Durchbruch 52 vorgesehen. Durch solche Durchbrüche 52 sowie durch die Rillen 50 können zusätzliche Gewichtseinsparungen bewerkstelligt werden. Gleichzeitig lassen sich solche Durchbrechungen 52 durch Verwendung eines Verbundwerkstoffs 40 auf besonders einfache Weise realisieren. Es können noch beliebig weitere Durchbrüche oder Öffnungen oder Aussparungen zusätzlich oder alternativ in jeder beliebigen Geometrie und Anordnung zueinander in noch freien Bereich der Trägerscheibe 28 vorgesehen sein.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung Rotorblechpakete, d.h. Rotoren, für Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschinen mit vergrößerten Magnettaschen zum Erzeugen eines Reluktanzdrehmoments bereitgestellt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2020/0106351 A1 [0004, 0007]
EP 1942572 A1 [0008]
WO 2019/215853 A1 [0008]

Claims

Rotor (24) für eine Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine (20), - wobei der Rotor (24) um eine Achse (A) in einer Rotationsrichtung (u) rotierbar ist; - wobei der Rotor (24) eine Trägerscheibe (28) aus einem weichmagnetischen Material (40) aufweist, die zumindest bezüglich eines axialen Scheibenteils der Trägerscheibe (28) in Rotationsrichtung (u) in mehrere Magnetsektoren (28a, 28b) eingeteilt ist, die sich in Rotationsrichtung (u) in zueinander abwechselnd angeordnete erste und zweite Magnetsektoren (28a, 28b) gliedern; - wobei der Rotor (24) mehrere Permanentmagnete (30, 34) aufweist, die jeweils einen Nordpol und einen Südpol aufweisen und denen jeweils eine von ihrem Südpol zum Nordpol gerichtete Magnetrichtung (m) zugeordnet ist; - wobei in jedem Magnetsektor (28a, 28b) mindestens zwei der mehreren Permanentmagnete (30, 34) angeordnet sind, und die mindestens zwei in einem der jeweiligen Magnetsektoren (28a, 28b) angeordneten Permanentmagnete (30, 34) zwei erste Permanentmagnete (30) umfassen; - wobei die in den ersten Magnetsektoren (28a) angeordneten Permanentmagnete (30, 34) derart angeordnet sind, dass ihre Magnetrichtung (m) zum Teil in eine erste Richtung (a) weist, die parallel zu einer axialen Richtung (a) ist, und wobei die in den zweiten Magnetsektoren (28b) angeordneten Permanentmagnete (30, 34) derart angeordnet sind, dass ihre Magnetrichtung (m) zum Teil entgegen die erste Richtung (a) weist; - wobei die Magnetrichtung (m) der jeweiligen Permanentmagnete (30, 34) nicht parallel zur ersten Richtung (a) ist und in der Rotationsrichtung (u) um einen jeweiligen Winkel gegenüber der ersten Richtung (a) geneigt ist; - für mindestens einen der Magnetsektoren (28a, 28b) den zwei in dem Magnetsektor (28a, 28b) angeordneten ersten Permanentmagneten (30) eine gemeinsame erste Magnettasche (26) zugeordnet ist, die frei von dem weichmagnetischen Material ist, und die sich unmittelbar an in Rotationsrichtung (u) einander zugewandte erste Enden (30a) der zwei ersten Permanentmagnete (30) anschließt und einen ersten Zwischenbereich (26a) in Rotationsrichtung (u) zwischen den einander zugewandten ersten Enden (30a) der zwei ersten Permanentmagnete (30) ausfüllt; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnettasche (26) einen zweiten Bereich (26b) ausfüllt, der um ein Vielfaches größer ist als der erste Zwischenbereich (26a) und der bezüglich der axialen Richtung (a) hinter den zwei ersten Permanentmagneten (30) liegt und der sich bezüglich der axialen Richtung (a) unmittelbar an den ersten Zwischenbereich (26a) anschließt.
Rotor (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den mindestens einen der Magnetsektoren (28a, 28b) in axialer Richtung (a) vor der ersten Magnettasche (26) mindestens ein zweiter Permanentmagnet (34) angeordnet ist.
Rotor (24) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den mindestens einen der Magnetsektoren (28a, 28b) in axialer Richtung (a) vor der ersten Magnettasche (26) genau ein zweiter Permanentmagnet (34) angeordnet ist, dessen Magnetrichtung (m) parallel zur axialen Richtung (a) ist, und der insbesondere in Rotationsrichtung (u) zum Teil zwischen den zwei ersten Permanentmagneten (30) angeordnet ist.
Rotor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnettasche (26) sich unmittelbar an die ersten Enden (30a) anschließend über mindestens einen Großteil deren Länge (I), vorzugweise über deren gesamte Länge (I) in radialer Richtung (r) erstreckt.
Rotor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnettasche (26) in Rotationsrichtung (u) eine Breite (B) aufweist, die bezüglich der axialen Richtung (a) mit zunehmendem Abstand von den ersten Permanentmagneten (30) über einen Großteil einer Höhe der ersten Magnettasche (26) in axialer Richtung (a) zunimmt.
Rotor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnettasche (26) in Rotationsrichtung (u) eine Breite (B) aufweist, die sich in Richtung der Achse (A) konisch verjüngt.
Rotor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (30, 34) quaderförmig ausgebildet sind.
Rotor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weichmagnetische Material (40) durch einen weichmagnetischen Verbundwerkstoff (40) bereitgestellt ist.
Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine (20) mit einem Rotor (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialfluss-permanenterregte Synchronmaschine (20) als eine Einzelstator-Doppelrotor-Axialflussmaschine (20) ausgebildet ist, die einen Stator (22) aufweist und zwei Rotoren (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stator (22) in axialer Richtung (a) zwischen den zwei Rotoren (24) angeordnet ist.