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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2014 019 217 A1 und der
DE 10 2014 019 218 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Rotor weist ein Blechpaket auf, welches eine Schrägung aufweist und somit als ein geschrägtes Blechpaket ausgebildet ist. Des Weiteren offenbart die
DE 10 2010 044 521 A1 einen Rotor für eine elektrische Maschine, mit einem Rotorträger und einem Rotorkern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Rotor 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 einen Rotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist erfindungsgemäß eine Einstelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Schrägung variierbar, das heißt einstellbar oder veränderbar, ist. Mit anderen Worten können durch die Einstelleinrichtung unterschiedliche, auch als Schrägungswinkel bezeichnete Winkel der Schrägung eingestellt werden. Unter dem jeweiligen Schrägungswinkel ist beispielsweise ein jeweiliger Winkel zu verstehen, welcher die Schrägung beziehungsweise eine senkrecht zu einer Schrägungsachse verlaufende Schrägungsebene mit einer senkrecht zur axialen Richtung des Rotors verlaufenden Rotorebene einschließt, wobei die Schrägungsachse eine Schrägungsgerade ist, die entlang der Schrägung verläuft. Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Bei herkömmlichen Lösungen weist die jeweilige Schrägung einen festen, nicht veränderbaren Schrägungswinkel auf, wodurch nur eine Ordnung gezielt gedämpft werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene, variierbare Schrägung ist die Schrägung des erfindungsgemäßen Rotors eine variable Schrägung, deren Schrägungswinkel angepasst, das heißt verändert werden kann, um beispielsweise einen Betrieb der elektrischen Maschine zu optimieren, insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem oder unterschiedlichen Ansprüchen. Insbesondere kann beispielsweise der Schrägungswinkel auf null reduziert werden, um dadurch die Schrägung auf null einzustellen, wodurch beispielsweise ein besonders leistungsfähiger Betrieb, mithin eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine dargestellt werden kann. Außerdem können beispielsweise voneinander unterschiedliche und von null unterschiedliche Werte der Schrägung beziehungsweise des Schrägungswinkels eingestellt werden, um hierdurch beispielsweise einen besonders hohen akustischen Komfort zu realisieren, mithin ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der elektrischen Maschine realisieren zu können. Die Erfindung ermöglicht es somit, die Schrägung beziehungsweise deren Schrägungswinkel gezielt insbesondere je nach Anwendung und/oder Betriebspunkt einzustellen. Dadurch können beispielsweise unterschiedliche Fahrmodi mittels eines einzigen Antriebs insbesondere in Form der elektrischen Maschine dargestellt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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 Draufsicht eines Rotors für eine elektrische Maschine, mit einem Blechpaket, welches eine Schrägung aufweist, wobei die Schrägung variierbar ist;
- 2 eine schematische Vorderansicht des Rotors;
- 3 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Rotors;
- 4 eine weitere schematische Vorderansicht des Rotors;
- 5 ausschnittsweise eine weitere schematische Seitenansicht des Rotors;
- 6 eine weitere schematische Vorderansicht des Rotors;
- 7 eine weitere schematische Vorderansicht des Rotors;
- 8 eine weitere schematische Vorderansicht des Rotors; und
- 9 eine weitere schematische Vorderansicht des Rotors.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Rotor 10 für eine elektrische Maschine eines auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Der Rotor 10 weist ein Blechpaket 12 mit einer Schrägung 14 auf, deren Schrägungswinkel einfach auch als Winkel bezeichnet wird. Der Rotor 10 weist außerdem eine einfach auch als Welle bezeichnete Rotorwelle 16 auf, über welche die elektrische Maschine beispielsweise Antriebsdrehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Insbesondere ist das Blechpaket 12 drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, mit der Rotorwelle 16 verbindbar oder verbunden, sodass Drehmomente wie beispielsweise die zuvor genannten Antriebsdrehmomente zwischen dem Blechpaket 12 und der Rotorwelle 16 übertragen werden können.
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2 zeigt den Rotor 10 in einer schematischen Vorderansicht. Aus 1 und 2 ist erkennbar, dass das Blechpaket 12 Segmente 18 aufweist, welche auch als Blechsegmente bezeichnet werden beziehungsweise als Blechsegmente ausgebildet sind. Die Segmente 18 sind in axialer Richtung des Rotors 10 aufeinanderfolgend und somit hintereinander angeordnet. Die axiale Richtung des Rotors 10 fällt mit der Maschinendrehachse zusammen, um welche der Rotor 10 relativ zu einem Stator der elektrischen Maschine drehbar ist. Das jeweilige Segment 18 weist eine jeweilige, vorliegend insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildete Ausnehmung 20 auf, welche auch als Einzeltasche bezeichnet wird. Die Einzeltaschen folgen in axialer Richtung des Rotors 10 aufeinander, derart, dass die Einzeltaschen miteinander verbunden sind. Dabei sind die Segmente 18 und somit die Einzeltaschen in um die axiale Richtung des Rotors 10 verlaufender Umfangsrichtung des Rotors 10 versetzt beziehungsweise verdreht zueinander angeordnet, derart, dass sich jeweils zwei in axialer Richtung des Rotors 10 benachbarte Einzeltaschen in Umfangsrichtung des Rotors 10 nur teilweise überlappen. Hierdurch bilden die Einzeltaschen eine vorliegend als Durchgangsöffnung ausgebildete Gesamttasche, die beziehungsweise deren Längserstreckungsrichtung nicht parallel zur axialen Richtung des Rotors 10 verläuft, sondern schräg zur axialen Richtung des Rotors 10 verläuft. Hierdurch ist die Schrägung 14 gebildet. Mit anderen Worten ist das Blechpaket 12 ein geschrägtes Blechpaket.
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Aus 2 ist erkennbar, dass der Rotor 10 auch Magnete 22 aufweist, welche als Permanentmagnete ausgebildet und an dem Blechpaket 12 gehalten und somit durch das Blechpaket 12 getragen sind. Die in 1 erkennbare, auch als Gesamtmagnettasche bezeichnete Gesamttasche ist mit 24 bezeichnet. Aus 2 ist erkennbar, dass das Blechpaket 12 mehrere Gesamttaschen 24 aufweist, wobei die jeweilige Gesamttasche 24 eine jeweilige, auch als Magnettasche bezeichnete Magnetaufnahme ist, in welcher wenigstens oder genau einer der Magneten 22 angeordnet ist. Dadurch, dass die auch als Rotorsegmente bezeichneten Segmente 18 und somit die Einzeltaschen in Umfangsrichtung des Rotors 10 verdreht oder versetzt zueinander angeordnet sind, sodass die Schrägung 14 gebildet ist, mithin sodass das Blechpaket 12 geschrägt ist, sind auch die in den Magnetaufnahmen angeordneten Magnete 22 geschrägt, mithin geschrägt angeordnet. Insbesondere ist in der jeweiligen Einzeltasche wenigstens oder genau einer der Magneten 22 angeordnet, sodass, wie aus 1 erkennbar ist, die Magneten 22 wie die Segmente 18 geschrägt angeordnet sind und somit die Schrägung 14 bilden. Daher wird die Schrägung 14 auch als Magnetschrägung, Rotorschrägung, Polschrägung oder Magnetpolschrägung bezeichnet, da beispielsweise die Magnete 22 Magnetpole bilden, welche geschrägt sind, mithin die Schrägung 14 aufweist.
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Um nun auf besonders bedarfsgerechte Weise einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, weist der Rotor 10, wie besonders gut aus 1 und 3 erkennbar ist, eine Einstelleinrichtung 26 auf, mittels welcher die Schrägung 14 und somit deren Schrägungswinkel variierbar, das heißt einstellbar sind. Dies bedeutet, dass mittels der Einstelleinrichtung 26 mehrere, voneinander und von null unterschiedliche Werte des Schrägungswinkels eingestellt werden können, und vorzugsweise kann der Schrägungswinkel und somit die Schrägung 14 mittels der Einstelleinrichtung 26 auch auf null eingestellt werden. Hierfür weist die Einstelleinrichtung 26 zwei einfach auch als Scheiben bezeichnete Verstellscheiben auf, nämlich eine erste Verstellscheibe 28 und eine zweite Verstellscheibe 30. Die Verstellscheiben 28 und 30 sind in axialer Richtung des Rotors 10 voneinander beabstandet, wobei das Blechpaket 12 in axialer Richtung des Rotors 10 zwischen den Verstellscheiben 28 und 30 angeordnet ist. Die Verstellscheiben 28 und 30 werden auch als Endscheiben bezeichnet. Beispielsweise ist die Verstellscheibe 28 und/oder 30 eine Wuchtscheibe.
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Aus 3 und 4 ist erkennbar, dass die Einstelleinrichtung 26 mehrere Hebel 32 aufweist. Der jeweilige Hebel 32 ist mit den Verstellscheiben 28 und 30, insbesondere jeweils gelenkig, gekoppelt, und der jeweilige Hebel 32 durchdringt das Blechpaket 12, wodurch der jeweilige Hebel 32, insbesondere formschlüssig, mit dem zwischen den Scheiben angeordneten Blechpaket 12 zusammenwirkt. Zumindest oder genau eine der Verstellscheiben 28 und 30 ist relativ zu der Rotorwelle 16 und relativ zu der jeweils anderen Verstellscheibe 30, 28 drehbar, insbesondere um die Maschinendrehachse. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verstellscheibe 30 eine feste Verstellscheibe, welche, insbesondere permanent, drehfest mit der Rotorwelle 16 verbunden ist. Demgegenüber kann die Verstellscheibe 28, insbesondere um die Maschinendrehachse, relativ zu der Rotorwelle 16 und relativ zu der Verstellscheibe 30 gedreht werden. Durch um die Maschinendrehachse und relativ zu der Rotorwelle 16 und relativ zu der Verstellscheibe 30 sowie relativ zu dem Blechpaket 12 erfolgendes Drehen der Verstellscheibe 28 wird der jeweilige Hebel 32, insbesondere relativ zu der jeweiligen Verstellscheibe 28, 30, verschwenkt, wodurch die Schrägung 14, mithin der Schrägungswinkel, variiert wird. Beispielsweise kann die Verstellscheibe 28 mittels eines beispielsweise als Elektromotor ausgebildeten Motors um die Maschinendrehachse relativ zu der Rotorwelle 16 und relativ zur Verstellscheibe 30 gedreht werden, wodurch die Schrägung 14 bedarfsgerecht verändert, das heißt variiert werden kann.
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Aus 4 ist erkennbar, dass das Blechpaket 12, insbesondere ihr Hebel 32, eine Durchgangsöffnung 34 aufweist, welche beispielsweise das Blechpaket 12 in axialer Richtung des Rotors 10 vollständig durchdringt. Dabei durchdringt oder durchsetzt der jeweilige Hebel 32 die jeweilige, zugehörige Durchgangsöffnung 34. Mit anderen Worten, durch die Rotation der verdrehbaren und somit einstellbaren Verstellscheibe 28 und eine dadurch bewirkte oder bewirkbare beziehungsweise damit einhergehende Verschiebung der Hebel 32 kann der Schrägungswinkel eingestellt, das heißt variiert, werden. Aus 5 ist erkennbar, dass die Verstellscheibe 28 in unterschiedliche Drehstellungen um die Maschinendrehachse relativ zu der Rotorwelle 16 und relativ zu der Verstellscheibe 30 gedreht werden kann, wodurch unterschiedliche Positionen P1, P2, P3 und P4 des jeweiligen Hebels 32 einstellbar sind. Die jeweilige Position P1, P2, P3, P4 korrespondiert mit einem jeweiligen Wert des Schrägungswinkels. In der in 6 gezeigten Position P1 beträgt der Schrägungswinkel beziehungsweise dessen Wert null, sodass die Schrägung 14 null beträgt oder aufgehoben ist, mithin der Rotor 10 beziehungsweise das Blechpaket 12 keine Schrägung aufweist. Somit ist in der Position P1 ein erster der Werte des Schrägungswinkels eingestellt, wobei der erste Wert null ist. In der Position P2 ist ein zweiter der Werte des Schrägungswinkels eingestellt, wobei der zweite Wert größer als der erste Wert ist. In der Position P3 ist ein dritter der Werte des Schrägungswinkels eingestellt, wobei der dritte Wert größer als der zweite Wert ist. In der Position P4 ist ein vierter der Werte des Schrägungswinkels eingestellt, wobei der vierte Wert größer als der dritte Wert ist. Insbesondere ist der vierte Wert ein maximal einstellbarer Wert des Schrägungswinkels, sodass in der Position P4 die Schrägung 14 beziehungsweise der Schrägungswinkel maximal, das heißt größtmöglich eingestellt ist.
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Der jeweilige Hebel 32 ist beispielsweise ein Bolzen oder ein Stab, wobei beispielsweise der jeweilige Hebel 32 in der jeweiligen, auch als Öffnung bezeichneten Durchgangsöffnung 34 verschoben und/oder verschwenkt werden kann, insbesondere durch Drehen der Verstellscheibe 28. Der jeweilige Hebel 32 ist somit ein Steuerhebel oder Steuerbolzen, mittels welchem die Schrägung 14 aktiv variiert, das heißt eingestellt werden kann. Beispielsweise sind die Segmente 18 drehbar auf der Rotorwelle 16 angeordnet, insbesondere gelagert, sodass beispielsweise das jeweilige Segment 18 relativ zu der Rotorwelle 16, insbesondere um die Maschinendrehachse, gedreht werden kann. Vorgesehen dabei ist vorzugsweise, dass, insbesondere in der jeweiligen Position P1-4, das jeweilige Segment 18 drehfest mit der Rotorwelle 16 verbunden ist, insbesondere derart, dass beispielsweise eine Arretiereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher beispielsweise die Segmente 18 insbesondere in der jeweiligen Position P1-4 drehfest mit der Rotorwelle 16 verbindbar oder verbunden sind. Ist somit beispielsweise eine der Positionen P1-4 eingestellt, und sind in der eingestellten Position P1-4 die Segmente 18 drehfest mit der Rotorwelle 16 verbunden, so kann dadurch sichergestellt werden, dass während eines Betriebs der elektrischen Maschine eine unerwünschte Veränderung der Schrägung 14 beziehungsweise des Schrägungswinkels unterbleibt. Beispielsweise ist oder umfasst die Arretiereinrichtung nur einen Teil der auch als Verstelleinrichtung bezeichneten Einstelleinrichtung 26, insbesondere zumindest einen der Hebel 32 oder die Hebel. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die Segmente 18 mittels der Hebel 32 drehmomentübertragend beziehungsweise drehfest mit der Rotorwelle 16 verbindbar oder verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass eine vorliegend nicht dargestellte, axiale Verspannbarkeit oder Verspannung vorgesehen ist, um die Segmente 18 drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, mit der Rotorwelle 16 zu verbinden. Um beispielsweise die Schrägung 14 beziehungsweise den Schrägungswinkel zu verändern, wird die axiale Verspannung vorübergehend gelöst. Daraufhin werden die Segmente 18 mittels der Einstelleinrichtung 26 derart oder solange verdreht, bis ein gewünschter Wert des Schrägungswinkels eingestellt ist, woraufhin die Verspannung wieder aktiviert wird, sodass in der Folge die Segmente 18 (wieder) drehfest mit der Rotorwelle 16 verbunden sind. Selbstverständlich kann dies während des Betriebs der elektrischen Maschine erfolgen, insbesondere unter gleichmäßiger Last beziehungsweise kurzzeitiger Einstellung einer Leerlauffunktion, sodass während des Betriebs der elektrischen Maschine der Schrägungswinkel variiert werden kann.
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Optional können beide Verstellscheiben 28 und 30, insbesondere steuerbar oder regelbar, relativ zu der Rotorwelle 16 verdrehbar sein oder verdreht werden, wobei dies dann beispielsweise gegenläufig erfolgen kann, sodass beispielsweise jede Verstellscheibe 28, 30 nur einen halben Verdrehweg ausführt, den ansonsten die Verstellscheibe 28 relativ zur festen Verstellscheibe 30 ausführen musste, um die Schrägung 14 entsprechend einzustellen. Optional könnte bei einem Rotor mit einer festen Mittelplatte und zwei gleichläufig verdrehbaren Endplatten auch eine V-förmige Schrägung darstellbar sein. Dies könnte dann der beschriebenen Lösung mit einer festen und einer verdrehbaren Endplatte entsprechen, wobei dieser Rotor dann einfach gespiegelt koaxial nochmals nebenan angeordnet werden könnte. Hierbei könnten dann einfach die beiden Endplatten als separate Platten eine Mittelplatte bilden, oder aber die beiden Endplatten werden einfach durch eine geeignete Mitteplatte ersetzt, welche dann einen festen Anschlag für beide Steuerstäbe der beiden Teilrotoren bildet. Damit ließe sich auch einfach eine einstellbare V-förmige Schrägung mit dem obigen Konzept erreichen.
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Die Verstellscheibe 28 könnte beispielsweise durch eine Hydrauliksteuerung, eine elektrische und/oder magnetische Aktorik und/oder durch sonstige Mittel angetrieben und dadurch verdreht werden. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass der genannte Motor hydraulisch und/oder elektrisch und/oder magnetisch und/oder auf andere Weise betreibbar ist.
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Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Hebel 32 vorgesehen, die durch eine Verdrehung der Verstellscheibe 28 die Schrägung 14 einstellen. Eine gegenüber vier größere oder geringere Anzahl der Hebel 32 ist denkbar, insbesondere abhängig von einer Kraft und/oder einem Drehmoment, welche beziehungsweise welches durch die Hebel 32 zu übertragen ist, insbesondere um die Schrägung 14 zu variieren. Vorzugsweise sind die Hebel 32 in Umfangsrichtung des Rotors 10 gleichverteilt, mithin gleichmäßig verteilt angeordnet, und vorzugsweise sind die Hebel 32 innerhalb der Magnete 22 beziehungsweise innerhalb des Blechpakets 12 und/oder der Magnetaufnahmen angeordnet, insbesondere dann, wenn die elektrische Maschine als eine Innenläufermaschine ausgebildet ist. Die einfach auch als Öffnungen bezeichneten, von dem Hebel 32 durchsetzten Durchgangsöffnungen 34 sind vorzugsweise in einem magnetflussfreien Bereich angeordnet und/oder die Durchgangsöffnungen 34 zur Einstellung der Schrägen 14 bilden beispielsweise gleichzeitig Magnetflusssperren, sodass jeder Magnetfluss im Rotor 10 auch mitgelenkt wird und somit die Durchgangsöffnungen 34 eine Doppelfunktion haben.
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6 zeigt den Rotor 10 in der Position P1 der Hebel 32, 7 zeigt den Rotor 10 in der Position P2 der Hebel 32, 8 zeigt den Rotor 10 in der Position P3 der Hebel 32, und 9 zeigt den Rotor 10 in der Position P4 der Hebel 32.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rotor
- 12
- Blechpaket
- 14
- Schrägung
- 16
- Rotorwelle
- 18
- Segment
- 20
- Ausnehmung
- 22
- Magnet
- 24
- Gesamttasche
- 26
- Einstelleinrichtung
- 28
- Verstellscheibe
- 30
- Verstellscheibe
- 32
- Hebel
- 34
- Durchgangsöffnung
- P1
- Position
- P2
- Position
- P3
- Position
- P4
- Position
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014019217 A1 [0002]
- DE 102014019218 A1 [0002]
- DE 102010044521 A1 [0002]
