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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2006 021 489 A1 eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor. Die elektrische Maschine ist als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, wobei der Rotor einen Rotorkörper mit im Inneren des Rotorkörpers angeordneten Permanentmagneten sowie Flussbarrieren aufweist. Die Permanentmagnete bilden Pole der elektrischen Maschine aus, wobei im Bereich jedes Pols mindestens eine Flussbarriere angeordnet ist.
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Um eine elektrische Maschine optimal betreiben zu können, ist es insbesondere von Bedeutung, mittels Sensoren Zustandsgrößen des Rotors zu erfassen und einer Steuereinrichtung der elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen. Bislang bereitet es Schwierigkeiten, solche Sensoren, die dem Rotor der elektrischen Maschine zugeordnet sind und zusammen mit dem Rotor rotiert, mit ausreichender elektrischer Energie zu versorgen.
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Beispielsweise ist die Dauerleistung einer elektrischen Maschine unter anderem durch die maximal zulässige Temperatur des Rotors, insbesondere der Magnete bei einer permanenterregten Synchronmaschine bzw. des Käfigs bei einer Asynchronmaschinen, begrenzt. Im Betrieb der elektrischen Maschine ist die aktuelle Rotortemperatur in der Regel nicht als Messgröße bekannt und wird mittels eines Temperaturmodells geschätzt. Dies führt dazu, dass ein Sicherheitsabstand zur Maximaltemperatur eingeplant werden muss, sodass die elektrische Maschine aufgrund dieses Sicherheitsabstandes nicht optimal betrieben werden kann. Wenn die Maximaltemperatur überschritten wird, besteht das Risiko einer Überhitzung und Beschädigung der elektrischen Maschine.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotor für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine weiterzuentwickeln. Insbesondere soll mittels des Rotors der Betrieb der elektrischen Maschine verbessert werden sowie das Risiko einer Überhitzung der elektrischen Maschine verringert werden. Ferner soll der Rotor einfach und schnell montierbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 und den Gegenstand von Patentanspruch 15. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine elektrische Maschine weist einen Rotorkörper mit mehreren Polen auf, wobei im Inneren des Rotorkörpers mehrere Flussbarrieren ausgebildet sind, wobei der Rotor ferner aufweisend mindestens ein Sensorelement, das dazu eingerichtet ist, mindestens eine Zustandsgröße des Rotors zu erfassen, eine mit dem mindestens einen Sensorelement verbundene Signalverarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, aus der erfassten Zustandsgröße des Rotors Messdaten zu generieren und an eine Steuereinrichtung zu übermitteln sowie mindestens eine Induktionsspule, die mindestens einen elektrischen Leiter aufweist sowie in mindestens einer Flussbarriere des Rotors angeordnet und dazu eingerichtet ist, elektrische Energie aus einem Leckage-Magnetfluss in dieser Flussbarriere zu generieren.
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Beispielsweise ist mindestens eine Induktionsspule, die mindestens einen elektrischen Leiter aufweist, in einer einzigen Flussbarriere des Rotors angeordnet.
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Unter einer Flussbarriere ist eine Aussparung im Rotor zu verstehen, wobei diese Aussparung zur vorteilhaften Beeinflussung des Magnetfeldes eingerichtet ist. Beispielsweise umfasst der Rotor eine Vielzahl axial gestapelter Rotorbleche, die Ausstanzungen aufweisen und im zum Rotorkörper montierten Zustand axiale Aussparungen bilden. Insbesondere ist mindestens eine als Flussbarriere ausgebildete Aussparung im Bereich eines jeweiligen Pols des Rotors angeordnet.
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Die Flussbarrieren lenken das Magnetfeld am Rotor derart, dass die Feldlinien im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Flussbarrieren verlaufen, und die Feldlinien nicht quer zur Richtung der Flussbarrieren durch die Flussbarrieren hindurch verlaufen, weil diese eine Barriere für den magnetischen Fluss darstellen. In der Praxis kommt es jedoch zu Leckagen des magnetischen Flusses, dem sogenannten Leckage-Magnetfluss. Mit anderen Worten verlaufen wenige Feldlinien mit einer geringen magnetischen Flussdichte in den Flussbarrieren. Beispielsweise können in mehreren Flussbarrieren des Rotors mindestens eine Induktionsspule oder mehrere Induktionsspulen angeordnet sein, um aus diesem Leckage-Magnetfluss elektrische Energie durch Induktion zu erzeugen.
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Mit anderen Worten weist der Rotor der elektrischen Maschine sowohl das mindestens eine Sensorelement, optional mehrere Sensorelemente, als auch die Signalverarbeitungseinheit und die mindestens eine Induktionsspule mit dem mindestens einen elektrischen Leiter auf. Insbesondere sind das mindestens eine Sensorelement, die Signalverarbeitungseinheit und die mindestens eine Induktionsspule positionsfest bzw. drehfest mit dem Rotor verbunden, also zumindest daran angeordnet, insbesondere in dem Rotor integriert. Die mindestens eine Induktionsspule ist zumindest in Drehrichtung und Radialrichtung formschlüssig mit dem Rotor verbunden. Insbesondere ist die mindestens eine Induktionsspule passgenau in einer Flussbarriere des Rotors angeordnet, wobei diese zur Montage axial darin eingeführt werden kann.
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Bevorzugt ist die mindestens eine Induktionsspule dazu eingerichtet, die Signalverarbeitungseinheit und/oder das mindestens eine Sensorelement mit elektrischer Energie zu versorgen. Mithin wird entweder die Signalverarbeitungseinheit mit elektrischer Energie versorgt oder das mindestens eine Sensorelement wird mit elektrischer Energie versorgt oder es werden sowohl die Signalverarbeitungseinheit als auch das mindestens eine Sensorelement mit elektrischer Energie versorgt.
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Im Betrieb der elektrischen Maschine ist es möglich, mittels der mindestens einen Induktionsspule, deren elektrischer Leiter bzw. deren elektrische Leiter sich durch jeweils eine Flussbarriere des Rotors erstrecken, elektrische Energie abzugreifen. Dabei wird die mindestens eine Induktionsspule bei sich drehendem Rotor von dem Leckage-Magnetfluss eines sich ändernden Magnetfelds durchströmt, wodurch in der mindestens einen Induktionsspule ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung induziert wird, die genutzt wird, um das mindestens eine Sensorelement und/oder die Signalverarbeitungseinrichtung, die drehfest am Rotor angeordnet sind und zusammen mit dem Rotor rotieren, mit elektrischer Energie zu versorgen. So kann auf Schleifringe und Batterien zur Energieversorgung der mit dem Rotor rotierenden Bauteile verzichtet werden.
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Das mindestens eine Sensorelement kann direkt am Rotor angeordnet werden und dort unmittelbar Zustandsgrößen des Rotors, insbesondere eine Temperatur des Rotors erfassen, um das Risiko einer Überhitzung der elektrischen Maschine zu verringern. Das mindestens eine Sensorelement ist zum Erfassen von absoluten Temperaturen ebenso geeignet wie zum Erfassen von Temperaturunterschieden. Beispielsweise ist die Temperatur des Rotors eine Zustandsgröße des Rotors. Beispielsweise ist das mindestens eine Sensorelement unmittelbar oder zumindest angrenzend am Entstehungsort der Zustandsgröße angeordnet. Ein kurzer Messweg zwischen dem mindestens einen Sensorelement und dem Entstehungsort der Zustandsgröße erhöht die Messgenauigkeit.
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Bevorzugt erfolgt die Energieübertragung zumindest zwischen der mindestens einen Induktionsspule und dem mit Energie zu versorgenden Element mittels Verkabelung. In einer ersten Ausführungsform kann die Induktionsspule mittels Verkabelung mit dem mindestens einen Sensorelement verbunden sein. Alternativ kann die Induktionsspule mittels Verkabelung mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden sein. Alternativ kann die Induktionsspule gemeinsam auf einer Platine mit der Signalverarbeitungseinheit angeordnet sein. Alternativ kann die Induktionsspule gemeinsam auf einer Platine mit dem Sensor angeordnet sein.
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Insbesondere ist die Signalverarbeitungseinheit zur Signalübertragung bzw. Datenübertragung kabellos mit der Steuereinrichtung verbunden. Das mindestens eine Sensorelement ist zur Signalübertragung bzw. Datenübertragung vorzugsweise über eine Verkabelung mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung außerhalb des Rotors, jedoch innerhalb des Fahrzeugs angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest die Signalverarbeitungseinheit stirnseitig am Rotor angeordnet. Insbesondere ist das mindestens eine Sensorelement stirnseitig am Rotor angeordnet. Beispielsweise ist das mindestens eine Sensorelement in einem Bereich des Rotors angeordnet, der sich besonders stark bei Belastung der elektrischen Maschine erwärmt. Die stirnseitige Anordnung zumindest der Signalverarbeitungseinheit, optional auch des mindestens einen Sensorelements ist vorteilhaft, da die Eigenschaften des Rotors, insbesondere die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der elektrischen Maschine, nicht negativ beeinfluss werden und die Signalübertragung vereinfacht wird. Ferner ist die Stirnseite des Rotors nicht nur für die Montage, sondern auch für eine Wartung besonders gut zugänglich, wodurch der Rotor und die daran angeordneten Elemente einfach und schnell montiert werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Sensorelement in der Signalverarbeitungseinheit integriert. Mithin bilden das mindestens eine Sensorelement und die Signalverarbeitungseinheit ein einziges Bauteil aus, das am Rotor angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Sensorelement im Inneren des Rotors angeordnet. Mit anderen Worten ist das mindestens eine Sensorelement nicht an einer Oberfläche des Rotors, sondern in einer Aussparung im Rotor angeordnet. Insbesondere ist das mindestens eine Sensorelement derart im Inneren des Rotors angeordnet, dass ein Entstehungsort der Zustandsgröße in unmittelbarer Nähe des Sensorelements ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich jedes Pols des Rotors mindestens ein Permanentmagnet angeordnet. Vorzugsweise weist der mindestens eine Permanentmagnet im Bereich jedes Pols eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsfläche auf und erstreckt sich in Umfangsrichtung weiter als in radialer Richtung. Mit anderen Worten ist der jeweilige Permanentmagnet breiter als hoch, wobei die axiale Länge im Wesentlichen der Rotorlänge entspricht. Der Permanentmagnet kann in axialer oder radialer Richtung in Teilmagnete aufgeteilt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich jedes Pols des Rotors mindestens eine Flussbarriere ausgebildet. Insbesondere ist die Flussbarriere in Umfangsrichtung angrenzend an dem jeweiligen Permanentmagneten ausgebildet. Vorzugsweise erstreckt sich die jeweilige Flussbarriere in Richtung eines Außenumfangs des Rotors. Beispielsweise sind zwei Flussbarrieren an jeweils einem Permanentmagneten ausgebildet, wobei in Umfangsrichtung zu jeder Seite hin eine der beiden Flussbarrieren angeordnet ist.
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Bevorzugt weist der Rotor mindestens zwei Pole, vorzugsweise mindestens sechs Pole auf, wobei jeder Pol mindestens einen Permanentmagneten, bevorzugt zwei Permanentmagneten und mindestens zwei Flussbarrieren, bevorzugt vier Flussbarrieren aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der mindestens eine Leiter der mindestens einen Induktionsspule in einem ersten Bereich der Flussbarriere hin in eine erste Richtung und in einem zweiten Bereich der Flussbarriere wieder zurück aus der ersten Richtung, also in eine zweite Richtung, die entgegengesetzt zur ersten Richtung ist. Insbesondere ist die erste Richtung die Längsrichtung des Rotors. In Abhängigkeit der Anzahl der Windungen der Induktionsspule sind mehrere Hinleiterabschnitte und mehrere Rückleiterabschnitte vorgesehen, wobei je mehr Windungen eine Induktionsspule aufweist, umso mehr Energie generiert werden kann. Mit anderen Worten ist der mindestens eine Leiter der mindestens einen Induktionsspule derart ausgebildet, als würde dieser um einen inneren Kern gewickelt sein, wobei sich radial innerhalb der Induktionsspule kein Kern befindet, sondern lediglich ein Leerraum bzw. Lufttraum. Beispielsweise wird der elektrische Leiter um einen Kern gewickelt, und vor dem Einstecken in die Flussbarriere wird der Kern entfernt. Mithin dient dieser Kern dazu, die Induktionsspule vor der Montage zu formen. Vorzugsweise befindet sich der erste Bereich der Flussbarriere an einem ersten Ende der Flussbarriere, das radial weiter außen als ein zweiter Bereich der Flussbarriere angeordnet ist, wobei der zweite Bereich der Flussbarriere an einem zweiten Ende der Flussbarriere angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Leiter der mindestens einen Induktionsspule um einen Träger gewickelt. Unter einem Träger ist ein Element zu verstehen, dass radial innerhalb der jeweiligen Induktionsspule angeordnet ist. Beispielsweise ist der Träger mehrfach von dem Leiter umwickelt und in der Flussbarriere angeordnet. Insbesondere bildet der Träger einen Spulenkern der zusammen mit der Induktionsspule in der Flussbarriere verbleibt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Träger aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff ausgebildet. Beispielsweise ist der Träger aus einem Polymerwerkstoff, einer Keramik, einem Glas und/oder einem Hartz ausgebildet. Beispielsweise ist der Träger aus einen faserverstärkten sowie nicht magnetisierbaren Werkstoff ausgebildet. Dadurch wird die Funktion der Flussbarriere als Barriere für den magnetischen Fluss erhalten, wobei lediglich Leckagefelder durch die Flussbarriere fließen können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Leiter der mindestens einen Induktionsspule zumindest teilweise mit einem Lack fixiert. Unter einem Lack ist ein flüssiges Material zu verstehen, das geeignet ist, die Oberfläche des Leiters zu benetzen und nach dem Austrockenen derart auszuhärten, dass ein Verformungswiderstand des mit Lack benetzten Leiters erhöht wird. Mit anderen Worten dient der Lack dazu, zumindest Bereiche der Induktionsspule derart starr zu fixieren, also den Verformungswiderstand zu erhöhen, dass die aufgeprägte Form der Induktionsspule im Betrieb der elektrischen Maschine, auch bei hohen Drehzahlen des Rotors, erhalten bleibt. Insbesondere ist die gesamte Induktionsspule mittels Lack fixiert. Insbesondere ist der Lack nicht magnetisierbar sowie elektrisch nicht leitend ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Leiter der mindestens einen Induktionsspule zumindest teilweise mit einem Verguss fixiert. Unter einem Verguss ist ein viskose Masse zu verstehen, die geeignet ist, den Leiter aufzunehmen und darin einzubetten, wobei nach dem Austrockenen und Aushärten des Vergusses, die Fixierung des Leiters im Verguss erfolgt. Mit anderen Worten dient der Verguss dazu, zumindest Bereiche der Induktionsspule derart starr zu fixieren, insbesondere darin einzubetten, dass die aufgeprägte Form der Induktionsspule im Betrieb der elektrischen Maschine, auch bei hohen Drehzahlen des Rotors, erhalten bleibt. Beispielsweise ist die gesamte Induktionsspule in einem Verguss eingebettet und fixiert. Insbesondere ist der Verguss nicht magnetisierbar sowie elektrisch nicht leitend ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Leiter der mindestens einen Induktionsspule Teil einer gedruckten Leiterplatte. Eine derartige gedruckte Leiterplatte wird auch PCB (printed circuit board) genannt.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst eine Steuereinrichtung zum Steuern der elektrischen Maschine sowie einen Stator und einen erfindungsgemäßen Rotor. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Luftspalt ausgebildet. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise im Fahrzeug angeordnet und dient zum Steuern und Regeln der elektrischen Maschine.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Insbesondere ist das Fahrzeug als Kraftfahrzeug, beispielsweise PKW ausgebildet, wobei die elektrische Maschine als Antriebsmaschine des Fahrzeugs eingerichtet ist, um das Fahrzeug zumindest teilweise oder vollständig elektrisch anzutreiben. Mithin ist das Fahrzeug vorzugsweise als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet.
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Im Folgenden werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 2 eine stark vereinfachte schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor,
- 3 eine stark vereinfachte schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß 2,
- 4 eine stark vereinfachte schematische Detaildarstellung eines Ausschnittes der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nach 3,
- 5 eine stark vereinfachte schematische Detaildarstellung eines Ausschnittes der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 6 eine stark vereinfachte schematische Detaildarstellung eines Ausschnittes der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 umfasst ein Fahrzeug 100 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 2, die zum Antrieb des Fahrzeugs 100 eingerichtet ist. Dazu ist die elektrische Maschine 2 antriebswirksam, beispielsweise über Wellen 17 und optional über weiteren Bauteilen mit Antriebsrädern 20 des Fahrzeugs 100 verbunden. Ferner wird die elektrische Maschine 2 von einer Steuereinrichtung 5, die im Fahrzeug 100 angeordnet ist, angesteuert und betrieben. Insbesondere dient die Steuereinrichtung 5 dazu, die elektrische Maschine 2 während des Betriebs vor Überhitzung zu schützen, indem die maximale Leistung der elektrischen Maschine 2, insbesondere an eine aktuell gemessene Temperatur des Rotors 1 angepasst wird. Dazu ist die Steuereinrichtung 5 signalübertragend mit der elektrische Maschine 2 verbunden.
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2 zeigt die elektrische Maschine 2, welche die Steuereinrichtung 5 zum Steuern der elektrischen Maschine 2 sowie einen Stator 11 und einen Rotor 1 aufweist. Zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 1 ist ein Luftspalt 18 ausgebildet. Der Rotor 1 ist drehfest mit einer Rotorwelle 14 verbunden. Im Gehäuse 13 der elektrischen Maschine 2 ist stirnseitig am Rotor 1 eine Signalverarbeitungseinheit 4 mit einem Sensorelement 3 angeordnet. Das mindestens eine Sensorelement 3 ist in der Signalverarbeitungseinheit 4 integriert. Alternativ kann das Sensorelement 3 im Inneren des Rotors 1 angeordnet sein. Vorliegend verläuft der Längsschnitt durch erste und zweite Permanentmagnete 15.1, 15.2, die im Rotorkörper des Rotors 1 angeordnet sind.
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3 zeigt die elektrische Maschine 2 in einem Querschnitt. Der Rotor 1 ist drehbar im Inneren des Stators 11 angeordnet, wobei zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 1 ein Luftspalt 18 ausgebildet ist. Der Stator 11 weist einen als Statorblechpaket ausgebildeten Statorkörper sowie mehrere vom Statorkörper aufgenommene Spulen 21 auf. Der Rotor 1 weist einen als Rotorblechpaket ausgebildeten Rotorkörper und mehrere im Inneren des Rotorkörpers angeordnete erste und zweite Permanentmagnete 15.1, 15.2 auf. Die im Inneren des Rotorblechpakets angeordneten Permanentmagnete 15.1, 15.2 werden auch als vergrabene Permanentmagnete bezeichnet. Diese Permanentmagnete 15.1, 15.2 bilden vorliegend sechs Pole aus. Im Bereich jedes Pols sind jeweils ein erster und zweiter Permanentmagnet 15.1, 15.2 mit radialem Abstand zueinander sowie eine erste, zweite, dritte und vierte Flussbarriere 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 angeordnet. Auch die Flussbarrieren 6.1 und 6.3 sowie 6.2 und 6.4 sind mit radialem Abstand voneinander angeordnet. Zu jeder Seite der Permanentmagnete 15.1, 15.2 ist in Umfangsrichtung jeweils eine Flussbarriere 6.1 und 6.2 sowie 6.3 und 6.4 angeordnet.
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Vorliegend ist eine Induktionsspule 7 in einer einzigen Flussbarriere 6.1 des Rotors 1 angeordnet und dazu eingerichtet, elektrische Energie aus dem Leckage-Magnetfeld in dieser Flussbarriere 6.1 zu generieren, um das Sensorelement 3 und die Signalverarbeitungseinheit 4 mit elektrischer Energie zu versorgen. Alternativ können in weiteren Flussbarrieren 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 des Rotors 1 Induktionsspulen 7 zur Generierung von elektrischer Energie aus dem Leckage-Magnetfeld der jeweiligen Flussbarriere 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 angeordnet sein. Die Induktionsspule 7 ist über eine Verkabelung 19 mit der Signalverarbeitungseinheit 4 und dem darin integrierten Sensorelement 3 verbunden. Zur Umwandlung des Wechselstrom in Gleichstrom und Bereitstellen des Gleichstroms für das Sensorelement 3 weist die Signalverarbeitungseinheit 4 beispielsweise einen nicht näher dargestellten, jedoch allgemein bekannten Schwingkreis, einen Gleichrichter und mindestens einen Kondensator, alternativ andere Energiespeicher auf.
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Das Sensorelement 3 erfasst eine Temperatur am Rotor 1 als Zustandsgröße des Rotors 1 und übermittelt diese Zustandsgröße an die Signalverarbeitungseinheit 4. Optional können mehrere Sensorelemente 3 am Rotor 1 angeordnet sein, die beispielsweise unterschiedliche Zustandsgrößen des Rotors 1 erfassen. Die Signalverarbeitungseinheit 4 generiert aus den erfassten Zustandsgrößen des Rotors 1 Messdaten und übermittelt diese an die im Fahrzeug 100 verbaute Steuereinrichtung 5. Die Steuereinrichtung 5 ist kabellos, beispielsweise über Funk mit der Signalverarbeitungseinrichtung 4 am Rotor 1 verbunden und zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 2 unter Berücksichtigung von Anforderungen eines Fahrers sowie Betriebsparameter der elektrischen Maschine 2, insbesondere Betriebsparameter bzw. Zustandsgrößen des Rotors 1, eingerichtet.
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Mit der Induktionsspule 7 ist es möglich, im Betrieb der elektrischen Maschine 2 elektrische Energie zu gewinnen. Die Induktionsspule 7 wird im Betrieb der elektrischen Maschine 2, also bei sich drehendem Rotor 1 von dem Leckage-Magnetfeld eines sich ändernden Magnetfeldes in der Flussbarriere 6.1 durchströmt, wodurch in der jeweiligen Induktionsspule 7 ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung induziert wird, die genutzt wird, um das Sensorelement 3 und die Signalverarbeitungseinrichtung 4, die drehfest am Rotor 1 angeordnet sind und zusammen mit dem Rotor 1 rotieren, mit elektrischer Energie zu versorgen.
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der elektrischen Maschine 2 aus 3. Ein Leiter 8 der Induktionsspule 7 erstreckt sich in einem ersten Bereich 9.1 der Flussbarriere 6.1 hin in eine erste Richtung und in einem zweiten Bereich 9.2 der Flussbarriere 6.1 wieder zurück aus der ersten Richtung. Die Position der Induktionsspule 7 in der Flussbarriere 6.1 und die Größe der Induktionsspule 7, also der Abstand zwischen einem Hinleiterabschnitt 8.1 und einem Rückleiterabschnitt 8.2 des Leiters 8 sind auf stark vorhandene Ordnungen eines Oberwellenfeldes der elektrischen Maschine 2 abgestimmt. Vorliegend ist der Leiter 8 um einen Träger 10 gewickelt, wobei der Träger 10 aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff, insbesondere aus einem Polymerwerkstoff ausgebildet ist.
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Die Ausführungsform des Rotors 1 gemäß 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform des Rotors 1 gemäß 4 lediglich dadurch, dass der Leiter 8 der Induktionsspule 7 nicht um einen Träger gewickelt ist, sondern zumindest teilweise mit einem Lack 16 fixiert ist. Der Lack 16 wird auf die Oberfläche des Leiters 8 aufgetragen und härtet beim Austrocknen derart aus, dass ein Verformungswiderstand des mit Lack 16 benetzten Leiters 8 erhöht wird, sodass die aufgeprägte Form der Induktionsspule 7 im Betrieb der elektrischen Maschine 2 auch ohne Träger erhalten bleibt.
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Die Ausführungsform des Rotors 1 gemäß 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform des Rotors 1 gemäß 4 lediglich dadurch, dass der Leiter 8 der Induktionsspule 7 nicht um einen Träger gewickelt ist, sondern zumindest teilweise mit einem Verguss 12 fixiert ist. Der Leiter 8 wird in den viskosen Verguss 12 eingebettet, wobei der Verguss 12 beim Austrocknen derart aushärtet, dass die Fixierung des Leiters 8 im Verguss 12 erfolgt, sodass die aufgeprägte Form der Induktionsspule 7 im Betrieb der elektrischen Maschine 2 erhalten bleibt. Mithin übernimmt der Verguss 12 die Funktion eines Trägers.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Sensorelement
- 4
- Signalverarbeitungseinheit
- 5
- Steuereinrichtung
- 6.1
- Flussbarriere
- 6.2
- Flussbarriere
- 6.3
- Flussbarriere
- 6.4
- Flussbarriere
- 7
- Induktionsspule
- 8
- elektrischer Leiter
- 8.1
- Hinleiterabschnitt
- 8.2
- Rückleiterabschnitt
- 9.1
- erster Bereich
- 9.2
- zweiter Bereich
- 10
- Träger
- 11
- Stator
- 12
- Verguss
- 13
- Gehäuse
- 14
- Rotorwelle
- 15.1
- erster Permanentmagnet
- 15.2
- zweiter Permanentmagnet
- 16
- Lack
- 17
- Welle
- 18
- Luftspalt
- 19
- Verkabelung
- 20
- Antriebsrad
- 21
- Spule
- 100
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006021489 A1 [0002]
