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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
EP 1 309 074 A2 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Maschine weist einen Rotor und einen Stator auf, zwischen welchen ein Luftspalt ausgebildet, mithin angeordnet ist. Des Weiteren offenbart die
US 5 233 254 eine elektrische Maschine. Des Weiteren ist der
DE 10 2015 007 138 A1 ein Rotor für eine elektrische Maschine als bekannt zu entnehmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine elektrische Maschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotor außenumfangsseitig eine von einem geraden Kreiszylinder unterschiedliche Form aufweist, welche auch als erste Form oder Rotorform bezeichnet wird. Eine auch als zweite Form oder Statorform bezeichnete, innenumfangsseitige Form des Stators ist an die außenumfangsseitige, erste Form des Rotors angepasst. Mit anderen Worten weist beispielsweise eine den Rotor außenumfangsseitig einhüllende Hüllkurve die erste Form auf, wobei die Statorform an die Rotorform (erste Form) angepasst ist. Insbesondere ist die elektrische Maschine als eine Radialflussmaschine (RFM) ausgebildet. Ganz insbesondere handelt es sich bei der elektrischen Maschine um eine Innenläufermaschine, sodass der Rotor, insbesondere die erste Form, in dem Stator, insbesondere in der zweiten Form, angeordnet ist.
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Dadurch, dass der Rotor die außenumfangsseitige, erste Form aufweist, ist der Rotor ein nicht zylindrischer Rotor, wodurch aus der elektrischen Maschine resultierende Kräfte vorteilhaft aufgeteilt werden können. Da der Rotor nicht zylindrisch ist, ist ein Durchmesser des Luftspalts, das heißt ein Durchmesser, auf welchem der Luftspalt angeordnet ist, in axialer Richtung der elektrischen Maschine betrachtet nicht konstant, sondern der auch als Luftspaltdurchmesser bezeichnete Durchmesser des Luftspalts variiert in axialer Richtung der elektrischen Maschine, wodurch die Kräfte in axialer Richtung der elektrischen Maschine beziehungsweise über eine axiale Länge der elektrischen Maschine unterschiedlich sind. Damit kann eine Amplitude über die axiale Länge der elektrischen Maschine eingestellt, beziehungsweise gesteuert oder geregelt werden, um beispielsweise an kritischen Stellen übermäßige Kräfte zu vermeiden. Dadurch, dass der Rotor nicht zylindrisch ist, weist die elektrische Maschine im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine vorteilhafte Geometrie auf, die im Vergleich zu den herkömmlichen Lösungen für eine Reduktion einer mechanischen Vorzugsrichtung und damit eine Verschmierung der Strukturmodi für ein weniger tonales akustisches Verhalten sorgt. Somit kann ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Außerdem können übermäßig hohe Kräfte an kritischen Stellen der elektrischen Maschine vermieden werden.
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Es ist denkbar, dass die erste Form und somit die zweite Form konisch ist, mithin eine konische Form ist, wobei die konische Form linear oder diskret in Stufen realisiert sein kann. Ferner ist denkbar, dass die erste Form beziehungsweise die zweite Form eine von einer konischen Form unterschiedliche Form ist. Somit kann eine Radien-Änderung über die axiale Länge der elektrischen Maschine beziehungsweise des Rotors zumindest nahezu frei festgelegt werden, um damit beispielsweise Effekten einer etwaigen Rotorschrägung begegnen und ein besonders vorteilhaftes, auch als NVH-Verhalten bezeichneten Geräuschverhalten der elektrischen Maschine realisieren zu können. Ob eine Veränderung der Radien kontinuierlich oder diskret verläuft, hängt beispielsweise von einer Ausgestaltung von Rotorsegmenten, insbesondere Rotorscheiben des Rotors ab, wobei eine zylindrische Grundform der Rotorsegmente beziehungsweise Rotorscheiben an sich durch Paketierung dargestellt werden kann.
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Insbesondere ist es denkbar, dass dadurch, dass die Formen aneinander angepasst sind, eine sich in radialer Richtung der elektrischen Maschine erstreckende, auch als Dicke bezeichnete Breite des Luftspalts über dessen, insbesondere gesamte, axiale Länge, das heißt in axialer Richtung der elektrischen Maschine verlaufende Länge konstant ist. Mit anderen Worten kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Luftspalt in axialer Richtung zumindest im Wesentlichen die gleiche Dicke hat, sodass die auch als Außenform oder Rotoraußenform bezeichnete, erste Form des Rotors mit der auch als Innenform oder Statorinnenform bezeichneten, zweiten Form des Stators korrespondiert. Insbesondere dann, wenn eine insbesondere in axialer Richtung der elektrischen Maschine vorgesehene, mehrfache Radien- beziehungsweise Durchmesseränderung vorgesehen ist, ist es denkbar, dass ein Aufbau des Rotors und des Stators gemeinsam, beispielsweise Schicht für Schicht erfolgt, beispielsweise derart, dass einzelne Segmente oder Scheiben eingeschoben werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug;
- 3 eine schematische Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug;
- 4 eine schematische Längsschnittansicht einer vierten Ausführungsform einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug; und
- 5 eine schematische Längsschnittansicht einer fünften Ausführungsform einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine erste Ausführungsform einer elektrischen Maschine 10 für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete und beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine 10 aufweist und mittels der elektrischen Maschine 10, insbesondere rein elektrisch angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine 10 weist einen Rotor 12 und einen Stator 14 auf, mittels welchem der Rotor 12 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 16 relativ zu dem Stator 14 drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine 10 über ihren Rotor 12 Drehmomente zum, insbesondere rein elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Es ist erkennbar, dass in radialer Richtung der elektrischen Maschine 10, deren axiale Richtung senkrecht zur radialen Richtung der elektrischen Maschine 10 verläuft, zwischen dem Rotor 12 und dem Stator 14 ein Luftspalt L ausgebildet und somit angeordnet ist. Der Luftspalt L ist in radialer Richtung der elektrischen Maschine 10 nach außen hin, insbesondere direkt, durch den Stator 14 und in radialer Richtung der elektrischen Maschine 10 nach innen hin, insbesondere direkt, durch den Rotor 12 begrenzt. Beispielsweise weist der Stator 14 wenigstens eine auch als Statorwicklung bezeichnete Wicklung 18 auf. In 1 ist mit 20 ein jeweiliger Wickelkopf der Wicklung 18 bezeichnet.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der elektrischen Maschine 10 realisieren zu können, weist der Rotor 12 außenumfangsseitig eine von einem geraden Kreiszylinder unterschiedliche, erste Form auf. Dies bedeutet, dass eine außenumfangsseitige Mantelfläche 22 des Rotors 12 beziehungsweise eine die außenumfangsseitige Mantelfläche 22 Einhüllende die von einem geraden Kreiszylinder unterschiedliche erste Form aufweist. Der Stator 14 weist eine innenumfangsseitige, zweite Form auf. Es ist erkennbar, dass der Stator 14 eine vorliegend als Durchgangsöffnung ausgebildete Aufnahme 24 aufweist, in welcher der Rotor 12 angeordnet ist. Somit ist die elektrische Maschine 10 als eine Innenläufermaschine ausgebildet, wobei die elektrische Maschine 10 vorliegend als eine Radialflussmaschine (RFM) ausgebildet ist. Die Aufnahme 24 ist durch eine innenumfangsseitige Mantelfläche 26 des Stators 14, insbesondere direkt, begrenzt, wobei die innenumfangsseitige Mantelfläche 26 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 10 nach innen hin der außenumfangsseitigen Mantelfläche 22 zugewandt ist. Dabei weist die innenumfangsseitige Mantelfläche 26 beziehungsweise eine die innenumfangsseitige Mantelfläche 26 einhüllende Hüllkurve oder Hüllfläche die zweite Form auf, wobei die zweite, innenumfangsseitige Form des Stators 14 an die erste, außenumfangsseitige Form des Rotors 12 angepasst ist. Bei der ersten Ausführungsform ist die jeweilige Form ein Konus, welcher sich in axialer Richtung der elektrischen Maschine 10 verjüngt beziehungsweise erweitert, und zwar vorliegend kontinuierlich.
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2 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine zweite Ausführungsform der elektrischen Maschine 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist die jeweilige Form in einer parallel zur axialen Richtung der elektrischen Maschine 10 verlaufenden Ebene betrachtet wellenförmig, mithin eine Wellenform, wobei in der genannten Ebene die Maschinendrehachse 16 liegt.
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3 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine dritte Ausführungsform der elektrischen Maschine 10. Bei der dritten Ausführungsform ist die erste Form des Rotors 12 in der genannten Ebene betrachtet konkav und dabei von dem Stator 14 weggewölbt beziehungsweise in radialer Richtung der elektrischen Maschine 10 nach innen gewölbt, während die zweite Form des Stators 14 in der genannten Ebene betrachtet konvex, mithin konvex gewölbt ist und dabei in radialer Richtung der elektrischen Maschine 10 nach innen hin zu dem Rotor 12 hin gewölbt ist.
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4 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine vierte Ausführungsform der elektrischen Maschine 10. Bei der vierten Ausführungsform ist die jeweilige Form ein Konus, welcher nun jedoch diskret durch Stufen gebildet ist. Somit weist die jeweilige Form der genannten Ebene betrachtet mehrere, in axialer Richtung der elektrischen Maschine 10 aufeinanderfolgende Stufen S auf.
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Schließlich zeigt 5 in einer schematischen Längsschnittansicht eine fünfte Ausführungsform der elektrischen Maschine 10. Bei der fünften Ausführungsform weist die jeweilige Form in der genannten Ebene betrachtet mehrere, in axialer Richtung der elektrischen Maschine 10 aufeinanderfolgende Stufen S auf, welche durch jeweilige, in axialer Richtung der elektrischen Maschine 10 aufeinanderfolgende Segmente des Rotors 12 beziehungsweise des Stators 14 gebildet ist. Dabei weisen erste der Segmente einen ersten Außendurchmesser beziehungsweise einen ersten Innendurchmesser auf und zweite der Segmente weisen einen zweiten Außendurchmesser beziehungsweise einen zweiten Innendurchmesser auf, wobei der jeweilige, zweite Außendurchmesser beziehungsweise Innendurchmesser geringer als der jeweilige, erste Außendurchmesser beziehungsweise Innendurchmesser ist. Dabei sind die ersten Segmente und die zweiten Segmente in axialer Richtung der elektrischen Maschine 10 abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet, sodass die Stufen Seine Art Verzahnung des Rotors 12 beziehungsweise des Stators 14 bilden. Dabei greifen die Verzahnungen ineinander, derart, dass der Rotor 12 um die Maschinendrehachse 16 relativ zu dem Stator 14 drehbar ist, wobei sich die Verzahnungen in axialer Richtung der elektrischen Maschine 10 betrachtet gegenseitig überlappen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Maschine
- 12
- Rotor
- 14
- Stator
- 16
- Maschinendrehachse
- 18
- Wicklung
- 20
- Wickelkopf
- 22
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- 24
- Aufnahme
- 26
- innenumfangsseitige Mantelfläche
- L
- Luftspalt
- S
- Stufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1309074 A2 [0002]
- US 5233254 [0002]
- DE 102015007138 A1 [0002]
