DE102022106945A1 - Elektrische Maschine - Google Patents

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Martin Häßler
Alain Rusch
Miriam Axtmann
Michael Kessler
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (120), umfassend einen Stator (2) und einen durch einen Luftspalt (22) vom Stator (2) getrennten Rotor (1), wobei der Rotor (1) wenigstens einen ersten Rotorkörper (3) mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten (6) und wenigstens einen axial von dem ersten Rotorkörper (3) beabstandeten zweiten Rotorkörper (4) mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten (61) umfasst, und koaxial innerhalb des ersten Rotorkörpers (3) und des zweiten Rotorkörpers (4) eine Rotorwelle (5) drehmomentübertragend mit dem ersten Rotorkörper (3) und dem zweiten Rotorkörper (4) gekoppelt ist, wobei wenigstens der erste Rotorkörper (3) entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit (8) gegenüber dem zweiten Rotorkörper (4) mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus (7) verdrehbar auf der Rotorwelle (5) gelagert ist, wobei die mit den Hebelanlageabschnitten (12,13,15,16) in Kontakt stehenden Konturen (17) des Hebelelements (10) so gestaltet sind, dass in jeder Betriebsstellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus (7) über dessen vollständigen Verstellweg hinweg in Schnitten senkrecht zur Rotationsachse (18) des Rotors (1) alle Berührpunkte (19,20,21) zwischen den Rotorkörpern (3,4) und dem Hebelelement (10) auf einer geraden Verbindungslinie (23) zwischen der Kippachse (24) des Hebelelements (10) und der Rotationsachse (18) des Rotors (1) angeordnet sind

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator und einen durch einen Luftspalt vom Stator getrennten Rotor, wobei der Rotor wenigstens einen ersten Rotorkörper mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten und wenigstens einen axial von dem ersten Rotorkörper beabstandeten zweiten Rotorkörper mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten umfasst, und koaxial innerhalb des ersten Rotorkörpers und des zweiten Rotorkörpers eine Rotorwelle drehmomentübertragend mit dem ersten Rotorkörper und dem zweiten Rotorkörper gekoppelt ist, wobei wenigstens der erste Rotorkörper entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit gegenüber dem zweiten Rotorkörper mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus verdrehbar auf der Rotorwelle gelagert ist.
  • Elektrische Maschinen unterliegen bei ihrem Betrieb Verlusten durch Ummagnetisierungen, die als Eisenverluste zusammengefasst werden und den Maschinenwirkungsgrad herabsetzen. In mobilen Anwendungen bedeutet ein niedriger Wirkungsgrad der elektrischen Maschine eine geringere Reichweite des Fahrzeugs bzw. erhöhten Bedarf an Batteriekapazität. Es ist daher vor allem in mobilen Anwendungen mit rein elektrischem Antrieb ein ständiges Ziel, die beschriebenen Eisenverluste zu minimieren.
  • Beispielhaft für eine derartige, Eisenverluste aufweisende elektrische Maschine, wie sie innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, ist die sogenannte permanenterregte Synchronmaschine. Aufgrund ihrer im Vergleich zu anderen Maschinentypen hohen Leistungsdichte wird sie bevorzugt gerade im Bereich der Elektromobilität verwendet, wo der zur Verfügung stehende Bauraum häufige eine limitierende Größe darstellt. Das Erregerfeld der Maschine wird in der Regel von Permanentmagneten erzeugt, die im Rotor der Maschine angeordnet sind. Auf eine Schleifringkontaktierung, die bei elektrisch erregten Synchronmaschinen notwendig ist, um eine am Rotor angeordnete Erregerspule mit Strom zu versorgen, kann bei der permanenterregten Synchronmaschine verzichtet werden.
  • Ein Nachteil der Permanenterregung besteht jedoch darin, dass das Erregerfeld nicht ohne Weiteres modifiziert werden kann. Grundsätzlich kann eine Synchronmaschine über ihre Nenndrehzahl hinaus betrieben werden, indem der sogenannte Feldschwächbereich angesteuert wird. In diesem Bereich wird die Maschine mit der maximalen Nennleistung betrieben, wobei mit zunehmender Drehzahl das von der Maschine abgegebene Drehmoment reduziert wird. Elektrisch erregte Synchronmaschinen können sehr einfach im Feldschwächbereich betrieben werden, indem der Erregerstrom reduziert wird. Zwar sind auch bei permanenterregten Maschinen Möglichkeiten bekannt, über eine geeignete Bestromung des Ständers der Maschine eine Luftspaltfeldkomponente zu erzeugen, die dem von den Permanentmagneten erzeugten Erregerfeld entgegenwirkt und dieses somit schwächt. Jedoch bewirkt eine derartige Ansteuerung der Maschine erhöhte Verluste, sodass die Maschine in diesem Bereich nur mit einem reduzierten Wirkungsgrad betrieben werden kann.
  • Eine wirksame Methode zur Reduktion der Eisenverluste von elektrischen Maschinen besteht in der gezielten Schwächung des magnetischen Feldes zwischen Stator und Rotor für Betriebspunkte mit hohen Drehzahlen, da die Verluste durch hochfrequente Ummagnetisierungen bei schwächerem Magnetfeld geringer sind. Für eine gezielte Feldschwächung existieren neben elektrischen, auch mechanische Ansätze. Aus den Patentschriften US5821710 , FR28131345 , EP1085644 , EP1867030 , DE10401708670 , DE104016103470 , CN104600929 und CN105449969 ist ein senkrecht zur Rotationsachse in mehrere permanentmagnetbestückte, zueinander verdrehbare Rotorscheiben aufgeteilter Rotor einer Radialflussmaschine bekannt, der abhängig von der Relativverdrehung zwischen den Rotorscheiben in einer Stellung mit in axialer Richtung ausgerichteten Magnetpolen das volle Magnetfeld und in einer dazu verdrehten Stellung ein geschwächtes Magnetfeld zur Verfügung stellt. Es sind aktive oder passive Mechanismen beschrieben, die vorgeben, abhängig von Rotordrehzahl oder Moment ein Umschalten zwischen diesen beiden Stellungen bewirken zu können und damit über das gesamte Motorkennfeld betrachtet einen effizienteren Betrieb der elektrischen Maschine zu ermöglichen.
  • In der DE 10 4021 101 898 ist eine Anordnung beschrieben, in der der Rotor einer Radialflussmaschine in zwei Teilrotoren aufgeteilt ist, deren einzelne Rotorscheiben sich in axialer Richtung abwechseln. Ein Teilrotor ist hierbei direkt, der andere Teilrotor über eine Verdrehsteifigkeit verdrehbar momentübertragend mit der Rotorwelle verbunden. Die Verdrehsteifigkeit ist hierbei so gewählt, dass bei niedrigem Moment eine Verdrehlage der Teilrotoren mit geschwächtem und bei hohem Moment eine Verdrehlage der Teilrotoren mit vollem Magnetfeld herrscht. Die DE 10 4021 101 904 beansprucht ein konstruktiv ausgeführtes mechanisches Modul, das in das Innere der permanentmagnetbestückten Rotorscheiben eingebracht werden kann, die beschriebenen Verbindungen der Teilrotoren zur Rotorwelle herstellt und über die Verdrehsteifigkeit, die mit Federn und rollenbestückten Kurvengetrieben ausgeführt ist, eine Verstellkennlinie definieren lässt.
  • Alle zuvor genannten passiven Lösungen, die ein Moment als Sensorgröße verwenden, um eine Relativverdrehung zwischen zwei Teilrotoren gegen eine Verdrehsteifigkeit auszulösen, gehen davon aus, dass sich das durch die Statorbestromung insgesamt erzeugte elektromagnetische Moment im Fall der initial feldgeschwächten Stellung bei nicht ausgerichteten Magnetpolen in einfacher Weise auf die beiden Teilrotoren aufteilt, etwa entsprechend ihres Anteils an der Gesamtlänge und entsprechend ihrer jeweiligen Phasenlage zum Statorfeld, unabhängig von der Gegenwart des jeweils anderen Teilrotors. Nur dann nämlich könnte ein dem Gesamtmoment proportionales Teilmoment ohne weiteres gegen eine Verdrehsteifigkeit zwischen den Teilrotoren oder einem der Teilrotoren und der Rotorwelle gerichtet werden und die mit steigendem Moment gewünschte Verdrehung in die Stellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen bewirken. Versuche und Modellierungen der Anmelderin haben jedoch gezeigt, dass die tatsächlichen Verhältnisse weit komplizierter sind.
  • Bereits im unbestromten Fall gibt es Wechselwirkungen zwischen den Rotorscheiben der beiden Teilrotoren in Gestalt magnetischer Abstoßmomente. Die Stellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen stellt ein labiles Gleichgewicht mit verschwindendem Abstoßmoment dar. Mit beginnender Verdrehung aus dieser Gleichgewichtslage kommt ein Abstoßmoment auf, das mit zunehmender Verdrehung wächst, bis es ein Maximum erreicht, um dann bei weiterer Verdrehung wieder abzunehmen. Der Verlauf des Abstoßmoments über den Verdrehwinkel innerhalb einer elektrischen Periode, die Höhe des Maximums und der Verdrehwinkel, bei dem es auftritt, hängen stark von der gewählten Art der Anordnung der Permanentmagnete innerhalb der Rotorscheiben ab. Nichtlinear ist der Verlauf über eine elektrische Periode betrachtet grundsätzlich.
  • Im Fall der angestrebten effizienten Statorbestromung für verschiedene Drehzahlen erhöhen sich diese magnetischen Abstoßmomente drehzahlabhängig in unterschiedlicher Weise zum Teil um ein Vielfaches. Insgesamt resultieren Teilmomente, die in keinem Fall geeignet sind, ohne weiteres gegen eine Verdrehsteifigkeit zwischen den Teilrotoren oder einem der Teilrotoren und der Rotorwelle gerichtet zu werden, um eine Verdrehung der Teilrotoren in die Stellung mit vollem Magnetfeld zu bewirken, da sie wegen des hohen Anteils der magnetischen Abstoßmomente hierfür nicht in die richtige Richtung weisen.
  • Um eine funktionsfähige Anordnung im Sinne der zuvor genannten passiven Lösungen zur momentadaptiven Feldschwächung des Rotors einer elektrischen Maschine darzustellen, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Maschine mit einer verbesserten mechanischen Feldschwächung bereitzustellen, welche insbesondere auch die tatsächlich an Rotorkörpern auftretenden Teilmomente für eine gewünschte Verstellung zielführend umsetzt und auf die Rotorwelle überträgt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator und einen durch einen Luftspalt vom Stator getrennten Rotor, wobei der Rotor wenigstens einen ersten Rotorkörper mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten und wenigstens einen axial von dem ersten Rotorkörper beabstandeten zweiten Rotorkörper mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten umfasst, und koaxial innerhalb des ersten Rotorkörpers und des zweiten Rotorkörpers eine Rotorwelle drehmomentübertragend mit dem ersten Rotorkörper und dem zweiten Rotorkörper gekoppelt ist, wobei wenigstens der erste Rotorkörper entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit gegenüber dem zweiten Rotorkörper mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus verdrehbar auf der Rotorwelle gelagert ist, wobei die mit den Hebelanlageabschnitten in Kontakt stehenden Konturen des Hebelelements so gestaltet sind, dass in jeder Betriebsstellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus über dessen vollständigen Verstellweg hinweg in Schnitten senkrecht zur Rotationsachse des Rotors alle Berührpunkte zwischen den Rotorkörpern, und dem Hebelelement auf einer geraden Verbindungslinie zwischen der Kippachse des Hebelelements und der Rotationsachse des Rotors angeordnet sind
  • Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine elektrische Maschine mit einer rein mechanischen Feldschwächungsvorrichtung realisiert werden kann, welche die zu einer bedarfsgerechten Feldschwächung erforderlichen Stellungen von Permanentmagneten innerhalb des Rotors in Abhängigkeit von den Betriebszuständen Drehmoment und Drehzahl zuverlässig und kostengünstig einstellt. Grundsätzlich vermeidet die Erfindung somit auch die Notwendigkeit einer von außen auf oder in den Rotor eingreifenden Aktorik.
  • Ein wesentlicher Aspekt der vorgeschlagenen mechanischen Feldschwächung ist u.a. die Verwendung eines Hebels an mindestens zwei Umfangsstellen innerhalb des Rotors zur Übertragung der Teilmomente der beiden Rotorkörper z.B. auf eine Rotorwelle unter gleichzeitiger Wirkung einer Verdrehsteifigkeit zwischen den Rotorkörpern.
  • Es kann insbesondere auch ein Hebelelement bereitgestellt werden, dass an den Kontaktstellen zu den Rotorkörpern und der Rotorwelle während der Verstellbewegung keinen oder nur einen sehr geringen Schlupf mit entsprechend geringer Reibung aufweist, so dass hier mit einer praktisch zu vernachlässigenden Hysterese bei der Verstellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus und mit einem lediglich sehr geringen Verschleiß an den sich gegeneinander bewegenden Bauteilen zu rechnen ist.
  • Zunächst werden nun die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
  • Die elektrische Maschine kann insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Es ist im Zusammenhang mit dieser Erfindung möglich, dass die elektrische Maschine als Radialflussmaschine oder Axialflussmaschine konfiguriert ist.
  • Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete, aus Rotorblechpaketen gebildete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt.
  • Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Der Rotorkörper setzt sich demnach insbesondere zusammen aus einem Rotorblechpaket sowie den in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachten oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierten Permanentmagneten sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der der Taschen.
  • Die Permanentmagnete können bevorzugt in die Taschen des Rotorblechpakets eingebracht sein. Dabei kann pro Tasche ein einziger größerer, als Stabmagnet ausgebildeter Rotormagnet oder mehrere kleinere Permanentmagnetelemente ausgebildete Rotormagnete vorgesehen werden.
  • Der Rotor weist bevorzugt eine Mehrzahl von Rotorkörpern auf. Besonders bevorzugt sind die Rotorkörper im Wesentlichen gleichteilig, insbesondere im Wesentlichen identisch, ausgebildet. Höchst bevorzugt ist es, dass die Rotorkörper aus gleichteiligen, insbesondere im Wesentlichen identischen Rotorblechen gebildet sind. Die Rotorkörper sind also insbesondere bevorzugt aus einem Rotorblechpaket gebildet, welche aus einer Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Rotorblechen zusammengesetzt sind, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Rotorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können in dem Rotorblechpaket durch Verklebung, Verschweißung oder Verschraubung zusammengehalten bleiben. Ein Rotorblechpaket kann insbesondere auch in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachte oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierte Permanentmagnete aufweisen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verdrehsteifigkeit als ein Federelement, insbesondere als eine Druckfeder oder Bogenfeder, ausgebildet ist, welche sich als besonders geeignet erwiesen haben.
  • Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Hebelelement in einer radial nach innen gerichteten, axial durch die Rotorwelle verlaufenden Nut aufgenommen ist. Es kann hierdurch insbesondere eine fertigungstechnisch einfache Schwenklagerung des Hebelelements in der Rotorwolle realisieren.
  • Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Nut V-förmig ausgeformt ist, wodurch ein besonders reibungsarmes Verschwenken des Hebelelements in der Nut ermöglicht werden kann.
  • Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Hebelelement einen ovoidischen Grundkörper umfasst, welcher in der Nut positioniert ist, was ebenfalls zu einer reibungsarmen Verschwenkung des Hebelelements in der Nut beiträgt.
  • Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass aus dem ovoidischen Grundkörper sich in radialer Richtung nach außen heraus erstreckende, bogenartige Krallen zur Anlage mit den radial äußeren Hebelanlageabschnitten, ausgebildet sind. Diese Krallen können ebenfalls eine reibungsoptimierte Anlage des Hebelelements gegenüber den Rotorkörpern bereitstellen.
  • In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Hebelelement radial über einen sich gegenüber dem und koaxial zum Rotor drehbaren Sicherungsring gesichert ist. Hierdurch lässt sich zum einen eine einfache Montage und Fertigung des Rotors erreichen und zum anderen eine sichere und kontrollierte Schwenkbewegung des Hebelelements gegenüber der Rotorwelle erreichen, da das Hebelelement sich unter Fliehkrafteinfluss bei hohen Drehzahlen ungewollt radial nach außen bewegen kann, weil beispielsweise die radialen Komponenten der Normal- und Reibungskräfte an den Kontaktstellen zu den Rotorscheiben nicht ausreichend hoch sind, um das Hebelelement radial innen in seiner gewünschten Position zu halten.
  • Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der erste Rotorkörper aus einer Mehrzahl an Rotorscheiben besteht, welche in axialer Richtung abwechselnd mit Rotorscheiben des zweiten Rotorkörpers angeordnet sind, wobei die Rotorscheiben des ersten Rotorkörpers über sich achsparallel zur Rotationsachse des Rotors erstreckende erste Verbindungsmittel zu einer baulichen Einheit und die Rotorscheiben des zweiten Rotorkörpers über sich achsparallel zur Rotationsachse des Rotors erstreckende zweite Verbindungsmittel zu einer baulichen Einheit verbunden sind. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass mit ansteigender Anzahl von Rotorscheiben bei einer gegebenen axialen Erstreckung des Rotors, ein zunehmend gleichmäßigeres geschwächtes Feld in axialer Richtung ausgebildet werden kann. Auch wird mit der steigenden Anzahl am Rotorscheiben die Anzahl der Kontaktflächen zwischen den Rotorscheiben der ersten und zweiten Gruppe erhöht, was ebenfalls zu einem zunehmend gleichmäßigeren geschwächten Feld beiträgt.
  • Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass zwischen benachbarten Rotorscheiben des ersten Rotorkörpers an den ersten Verbindungsmitteln jeweils eine Abstandshülse sowie zwischen benachbarten Rotorscheiben des zweiten Rotorkörpers an den zweiten Verbindungsmitteln jeweils eine Abstandshülse angeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass der axiale Platz zwischen den benachbarten Rotorscheiben einer Gruppe für einen Eingriff der Rotorscheiben der anderen Gruppe gesichert freigehalten werden kann, wenn die Rotorkörper gegeneinander durch den Feldschwächungsmechanismus rotiert werden.
  • Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass zwischen den Rotorscheiben, der Rotorkörper, und der Rotorwelle in Umfangsrichtung wirkende Anschlagverzahnungen, gebildet sind, so dass die jeweiligen rotativen Endlagen des mechanischen Feldschwächungsmechanismus definiert sind.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • 1 eine elektrische Maschine in einer Querschnittsansicht,
    • 2 einen Rotor mit einem mechanischen Feldschwächungsmechanismus in einer Neutralstellung in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
    • 3 einen Rotor mit einem mechanischen Feldschwächungsmechanismus in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
    • 4 einen Rotor mit einem mechanischen Feldschwächungsmechanismus in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
    • 5 einen Rotor mit einem mechanischen Feldschwächungsmechanismus in einer Neutralstellung in einer schematischen Querschnittsansicht,
    • 6 einen Rotor mit einem mechanischen Feldschwächungsmechanismus in einer ersten Betriebsstellung in einer schematischen Querschnittsansicht,
    • 7 einen Rotor mit einem mechanischen Feldschwächungsmechanismus in einer zweiten Betriebsstellung in einer schematischen Querschnittsansicht.
    • 8 eine elektrische Maschine in einer schematischen Querschnittsansicht,
    • 9 einen Rotor in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung,
    • 10 vier Betriebsstellungen des Hebelelements in jeweils einer Querschnitts-Detailansicht,
    • 11 ein Hebelelement in zwei, jeweils freigestellten perspektivischen Ansichten,
    • 12 zwei Querschnittsansichten des Rotors,
    • 13 einen Rotor mit freigestellten Hebelelementen und Sicherungsringen in einer perspektivischen Ansicht,
    • 14 zwei Axialschnittansichten durch den Rotor.
  • Die 1 zeigt eine als Radialflussmaschine konfigurierte elektrische Maschine 120, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator 2 und einen durch einen Luftspalt 22 vom Stator 2 getrennten Rotor 1.
  • Der Rotor 1 umfasst wenigstens einen ersten Rotorkörper 3 mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten 6 und einen zweiten Rotorkörper 4 mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten 61. Dies ist insbesondere auch gut anhand der 2-7 nachvollziehbar, die die beiden Rotorkörper 3,4 zeigen. Die beiden Rotorkörper 3,4 sind im Wesentlichen aus identischen Rotorblechen ausgebildet, wobei die Position und die Anzahl der Permanentmagnete 6 der ersten Gruppe und die Anzahl der Permanentmagnete 61 der zweiten Gruppe in den Rotorkörpern 3,4 identisch sind.
  • Der erste Rotorkörper 3 und der zweite Rotorkörper 4 sind relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit 8 um eine gemeinsame Drehachse 119 mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus 7 verdrehbar.
  • Der Feldschwächungsmechanismus 7 umfasst ein Hebelelement 10, das um einen Drehpunkt schwenkbar ist, wobei der erste Rotorkörper 3 mit einem ersten Hebelabschnitt 31 und der zweite Rotorkörper 4 mit einem zweiten Hebelabschnitt 32 des Hebelelements 10 koppelbar ist und der erste Hebelabschnitt 31 und der zweite Hebelabschnitt 32 auf entgegengesetzten Seiten des Hebels 10 angeordnet sind, so der erste Rotorkörper 3 und der zweite Rotorkörper 4 durch ein Kippen des Hebelelements 10 für eine gewünschte Verstellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus 7 zielführend, relativ zueinander verdrehbar sind, was sich auch gut aus der Zusammenschau der 2-4 erkennen lässt und was nachfolgend noch näher erläutert wird.
  • Der Feldschwächungsmechanismus 7 verwendet das Hebelelement 10 an mindestens zwei, auch als Hebelanlageabschnitte 12,13,15,16 bezeichnete Umfangsstellen der Rotorkörper 3,4 innerhalb des Rotors 1 zur Übertragung der Teilmomente der beiden Rotorkörper 3,4 auf die Rotorwelle 5 unter gleichzeitiger Wirkung einer Verdrehsteifigkeit 8 zwischen den Rotorkörpern 3,4, was sich auch gut anhand der Blockschaltdarstellungen der 2-4 erkennen lässt. Das Hebelelement 10 weist hierbei drei Bereiche in unterschiedlichen Abständen zur Drehachse 119 des Rotors 1 auf, in denen er mit den beiden Rotorkörpern 3,4 als den zwei Eingängen für das Moment und der Rotorwelle 5, als dem Ausgang für das Moment, in Kontakt steht. Die drei Bereiche des Hebelelements 10 sind dabei der erste Hebelabschnitt 31, der zweite Hebelabschnitt 32, sowie der nicht näher bezeichnete Kontaktabschnitt am radial inneren Ende des Hebelelements 10 zur Rotorwelle 5.
  • Über diese definierten Kontaktbereiche des ersten und zweiten Hebelabschnitts 31,32 wirken die Teilmomente der beiden Rotorkörper 3,4 über die Hebelanlageabschnitte 12,13,15,16 so auf das Hebelelement 10 ein, dass die Summe über den nicht näher bezeichneten Kontaktabschnitt am radial inneren Ende des Hebelelements 10 zur Rotorwelle 5 übertragen wird und gleichzeitig durch ein Kippen des Hebelelements 10 die beiden Rotorkörper 3,4 über die Hebelanlageabschnitte 12,13,15,16 gegen die Verdrehsteifigkeit 8, die zwischen ihnen herrscht, in die Stellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen verdreht werden, so wie es in den 3-4 gezeigt ist. Mit dem Hebelelement 10 werden dabei die Teilmomente, die eigentlich in die für diesen Vorgang verkehrte Richtung weisen, in die zielführende Richtung umgesetzt. Die Verdrehsteifigkeit 8 ist in den 2-4 symbolisch mit Druckfedern dargestellt, die beispielsweise in Federfenstern beider Rotorkörper 3,4 sitzen. Die Verdrehsteifigkeit 8 kann aber auch auf eine beliebige andere bekannte Art gebildet sein.
  • Die 2 zeigt den Feldschwächungsmechanismus 7 zunächst in seiner Neutralposition. Der Feldschwächungsmechanismus 7 befindet sich hierbei in feldgeschwächter Stellung, bei nicht zueinander ausgerichteten Magnetpolen der ersten Gruppe von Permanentmagneten 6 zu der zweiten Gruppe von Permanentmagneten 61, was sich gut anhand der Drehwinkelstellung der beiden Rotorkörper 3,4 in der 2 nachvollziehen lässt. Das Gesamtmoment ist in diesem Fall niedriger als ein Mindestmoment, das erforderlich ist, um gegen die gegebenenfalls vorgespannte Verdrehsteifigkeit 8 eine Verstellung der Rotorkörper 3,4 zueinander beginnen zu lassen. Die Kennlinie der Verdrehsteifigkeit 8 ist so gewählt, dass sich bei Überschreiten eines festgelegten Mindestmoments der Feldschwächungsmechanismus 7 aus der maximal feldgeschwächten Stellung zu verstellen beginnt und bei Erreichen und Überschreiten eines festgelegten höheren Momentes die volle Verstellung in die Stellung mit vollem Magnetfeld vollzogen hat, wie es beispielsweise für einen motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 120 in der 3 gezeigt ist.
  • Das erste Teildrehmoment M1 wird je nach Richtung des Gesamtmoments über die Hebelanlageabschnitte 12,13 des ersten Rotorkörpers 3 übertragen, wobei der erste Hebelanlageabschnitt 12 des ersten Rotorkörpers 3 radial nach innen versetzt zu dem zweiten Hebelanlageabschnitt 13 angeordnet ist. Analog hierzu wird das zweite Teildrehmoment M2 des zweiten Rotorkörpers 4, je nach Richtung des Gesamtmoments, über die die Hebelanlageabschnitte 15,16 auf das Hebelelement 10 geleitet. Der erste Hebelanlageabschnitt 15 des zweiten Rotorkörpers 4 ist radial nach innen versetzt zu dem zweiten Hebelanlageabschnitt 16 angeordnet.
  • Bei geänderter Richtung des Gesamtmoments, beispielsweise durch den Wechsel aus einem Motor- in einen Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 120, können die Hebelabschnitte 31,32 des Hebelelements 10 die Seite wechseln und es findet in beiden Betriebszuständen die identische Relativverdrehung zwischen den Rotorkörpern 3,4 zur Erzeugung eines geschwächten bzw. vollen Magnetfelds statt, so wie es in den 3-4 gezeigt ist.
  • In 3 befindet sich der mechanische Feldschwächungsmechanismus 7 in einer Betriebsstellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen der Permanentmagnete 6,61 und dem Hebelelement 10 in einer verkippten Extremposition. In diesem Fall ist beispielsweise ein Gesamtmoment beim Antreiben im Motorbetrieb größer als ein Mindestmoment für die volle Verstellung gegen die Verdrehsteifigkeit 8.
  • 4 zeigt den mechanischen Feldschwächungsmechanismus 7 in Stellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen der Permanentmagnete 6,61 und dem Hebelelement 10 in einer entgegengesetzt verkippten Extremposition bei entgegengesetzt wirkendem Moment. In diesem Fall ist beispielsweise ein Gesamtmoment bei der Rekuperation im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 120 größer als ein Mindestmoment für die volle Verstellung gegen die Verdrehsteifigkeit 8.
  • Wie aus den 5-7, die eine mögliche Auskonstruktion des in den 2-4 gezeigten Prinzips skizzieren, zu erkennen ist, ist koaxial innerhalb des ersten Rotorkörpers 3 und des zweiten Rotorkörpers 4 die Rotorwelle 5 über das Hebelelement 10 drehmomentübertragend mit dem ersten Rotorkörper 3 und dem zweiten Rotorkörper 4 gekoppelt, wobei das Hebelelement 10 schwenkbar auf der Rotorwelle 5 angeordnet ist.
  • Wie in den 5-7 dargestellt, erstreckt sich das Hebelelement 10 in radialer Richtung in ein erstes Hebelfenster 11 des in einer Teilschnittansicht dargestellten ersten Rotorkörpers 3 hinein, wobei das erste Hebelfenster 11 einen ersten Hebelanlageabschnitt 12 und einen davon radial beabstandeten zweiten Hebelanlageabschnitt 13 aufweist, was durch eine durchgezogene Linie kenntlich gemacht ist. Das Hebelelement 10 erstreckt sich ferner in radialer Richtung in ein zweites Hebelfenster 14 des zweiten Rotorkörper 3 hinein. Dieses zweite Hebelfenster 14 weist einen ersten Hebelanlageabschnitt 15 und einen davon radial beabstandeten zweiten Hebelanlageabschnitt 16 auf, wobei dies durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Das Hebelelement 10 liegt in einer ersten Betriebsstellung 117, die in der 7 gezeigt ist, an dem ersten Hebelanlageabschnitt 12 des ersten Hebelfensters 11 und an dem zweiten Hebelanlageabschnitt 16 des zweiten Hebelfensters 14 an und in einer zweiten Betriebsstellung 118, die in der 6 abgebildet ist, an dem zweiten Hebelanlageabschnitt 13 des ersten Hebelfensters 11 und an dem ersten Hebelanlageabschnitt 15 des zweiten Hebelfensters 14.
  • Der erste Hebelanlageabschnitt 12 ist radial unterhalb des zweiten Hebelanlageabschnitts 13 des erstes Hebelfensters 11 und der erste Hebelanlageabschnitt 15 radial unterhalb des zweiten Hebelanlageabschnitts 16 des zweiten Hebelfensters 14 angeordnet. An dem ersten Hebelanlageabschnitt 12 des ersten Hebelfensters 11 und an dem ersten Hebelanlageabschnitt 15 des zweiten Hebelfensters 14 liegt ein betragsmäßig größeres über das erste Hebelelement 10 übertragende Moment an, als an dem zweiten Hebelanlageabschnitt 13 des ersten Hebelfensters 11 und dem zweiten Hebelanlageabschnitt 16 des zweiten Hebelfensters 14.
  • Die Verdrehsteifigkeit 8 ist in den 5-7 als ein Federelement, insbesondere als eine Druckfeder oder Bogenfeder, ausgebildet, deren Kennlinie ein Vorspannmoment aufweist. Die Kennlinie der Verdrehsteifigkeit 8 ist auch hier so gewählt, dass bei Überschreiten eines festgelegten Mindestmoments der erste Rotorkörper 3 und der zweite Rotorkörper 4 sich aus einer maximal feldgeschwächten Stellung zueinander zu verdrehen beginnen und bei Erreichen und/oder Überschreiten eines festgelegten Höchstmomentes eine Verdrehung zueinander in eine Stellung mit vollem Magnetfeld vollzogen haben.
  • In den 5-7 besitzt der Feldschwächungsmechanismus 7 zwei sich gegenüberliegende, im Wesentlichen identische Hebelelemente 10 auf, die jeweils schwenkbar über den Umfang der Rotorwelle 5 verteilt angeordnet sind.
  • Die 8 zeigt eine elektrische Maschine 120, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator 2 und einen durch einen Luftspalt 22 vom Stator 2 getrennten Rotor 1. Der Rotor 1 besitzt einen ersten Rotorkörper 3 mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten 6 und einen axial von dem ersten Rotorkörper 3 beabstandeten zweiten Rotorkörper 4 mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten 61, was gut aus der 9 hervorgeht.
  • Koaxial innerhalb des ersten Rotorkörpers 3 und des zweiten Rotorkörpers 4 ist eine Rotorwelle 5 drehmomentübertragend mit dem ersten Rotorkörper 3 und dem zweiten Rotorkörper 4 gekoppelt. Der erste Rotorkörper 3 ist entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit 8, die als Druckfeder oder Bogenfeder ausgebildet ist, gegenüber dem zweiten Rotorkörper 4 mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus 7 verdrehbar auf der Rotorwelle 5 gelagert. Zur Übertragung der Teilmomente der beiden Rotorkörper 3,4 auf die Rotorwelle 5 wird ein Hebelelement 10 an mindestens zwei Umfangsstellen innerhalb des Rotors 1 verwendet, unter gleichzeitiger Wirkung der Verdrehsteifigkeit 8 zwischen den Rotorkörpern 3,4. Der mechanische Feldschwächungsmechanismus 7 wird nachfolgend anhand der 10 näher erläutert.
  • Der 10 kann entnommen werden, dass die mit den Hebelanlageabschnitten 12,13,15,16 in Kontakt stehenden Konturen 17 des Hebelelements 10 so gestaltet sind, dass in jeder Betriebsstellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus 7 über dessen vollständigen Verstellweg hinweg in Schnitten senkrecht zur Rotationsachse 18 des Rotors 1 alle Berührpunkte 19,20,21 zwischen den Rotorkörpern 3,4 und dem Hebelelement 10 auf einer geraden Verbindungslinie 23 zwischen der Kippachse 24 des Hebelelements 10 und der Rotationsachse 18 des Rotors 1 angeordnet sind.
  • Dabei ist das einen ovoidischen Grundkörper 26 umfassende Hebelelement 10 in einer radial nach innen gerichteten, axial durch die Rotorwelle 5 verlaufenden V-förmigen Nut 25 aufgenommen. Die ovoidische, also eiförmige, Form des Grundkörpers 26 lässt sich auch gut aus der 4 erkennen. Der ovoidische Grundkörper 26 wälzt im Betrieb des mechanischen Feldschwächungsmechanismus 7 in der V-förmigen Nut 25 ab. In der 3 sind zur Veranschaulichung dieser Kinematik vier Betriebsstellungen des Hebelelements 10 gezeigt, wobei sich die Rotorwelle 5 entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Rotorkörper 3 bewegt. Zur besseren Sichtbarkeit des kinematischen Prozesses beim Verstellen des Feldschwächungsmechanismus 7 wurde auf die Bezugszeichen in den mit b,c,d bezeichneten Abbildungen der 11 verzichtet.
  • Man erkennt anhand der Abbildungen der 11 gut, dass die entsprechende Gestaltung des Hebelelements 10, der Hebelanlageabschnitte 12,13,15,16 und der V-förmigen Nut 25 im Ergebnis zu einer schlupffreien Kontaktierung zwischen dem Hebelelement 10, den Rotorkörpern 3,4 und der Rotorwelle 5 führen. Dabei sind das Hebelelement 10, die Hebelanlageabschnitte 12,13,15,16 und die V-förmige Nut geometrisch so gestaltet, dass deren Konturen während der Verkippung des Hebelelements 10 um eine Kippachse 24 und der Rotation der Rotorkörper 3,4 bzw. der Rotorwelle 5 um die Rotationsachse 18 des Rotors 1 aufeinander abwälzen.
  • Hierzu sind die Konturen 17 des Hebelelements 10 so gestaltet, dass in jeder Stellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus über die ganze vorgesehene Bewegung hinweg in Schnitten senkrecht zur Rotationsachse 18 betrachtet alle Berührpunkte 19,20,21 zwischen den Rotorkörpern 3,4 und dem Hebelelement 10 auf einer geraden Verbindungslinie 23 zwischen der Kippachse 24 des Hebelelements 10 und der Rotationsachse 18 des Rotors 1 liegen.
  • Das Hebelelement weist somit also drei radial voneinander durch die Berührpunkte 19,20,21 definierte beabstandete Kontaktbereiche auf, die in unterschiedlichen Abständen zur Rotationsachse 18 des Rotors 1 liegen, mit denen er axial mit den beiden Rotorkörpern 3,4 als den zwei Eingängen für das Moment und der Rotorwelle 5 als dem Ausgang für das Moment in Kontakt steht.
  • Über die definierten Kontaktbereiche der Berührpunkte 20,21 wirken die Teilmomente der beiden Rotorkörper 3,4 so auf das Hebelelement 10, dass die Summe über den Kontaktbereich des Berührpunkts 19 auf die Rotorwelle 5 übertragen wird und gleichzeitig durch ein Kippen des Hebelelements die beiden Rotorkörper 3,4 gegen die Verdrehsteifigkeit 8, die zwischen ihnen herrscht, in die Stellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen der Permanentmagnete 6,61 verdreht werden, was sich gut anhand der verschiedenen Betriebsstellungen, wie sie in der 11 gezeigt sind, nachvollziehen lässt.
  • Mit dem Hebelelement 10 werden dabei die Teilmomente, die eigentlich in die für diesen Vorgang verkehrte Richtung weisen, in die zielführende Richtung umgesetzt. Entscheidend hierfür ist, dass das größere der beiden Teilmomente, welches die Richtung des Gesamtmoments vorgibt, radial weiter innen am Hebelelement angreift als das kleinere der beiden Teilmomente.
  • Die Rotorkörper 3,4 bieten für den Kontakt zum Hebelelement 10 in den Berührpunkten 20,21 jeweils Hebelanlageabschnitte 12,13,15,16 auf beiden Abständen zur Rotationsachse 18 an, was sich auf gut in der 5 erkennen lässt. Bei geänderter Richtung des Gesamtmoments in Motor- und Generatorbetrieb kann hierdurch der Kontakt der Berührpunkte 20,21 auf dem Hebelelement 10 die Seite wechseln und es findet in beiden Betriebszuständen die identische Relativverdrehung zwischen den Rotorkörpern 4,4 zur Erzeugung eines geschwächten bzw. vollen Magnetfelds statt.
  • Die Kennlinie der Verdrehsteifigkeit 8 ist so gewählt, dass bei Überschreiten eines festgelegten Mindest-moments der mechanische Feldschwächungsmechanismus 7 aus der Stellung mit maximal geschwächtem Magnetfeld zu verstellen beginnt und bei Erreichen und Überschreiten eines festgelegten höheren Momentes die volle Verstellung in die Stellung mit vollem Magnetfeld vollzogen hat. Die Kennlinie der Verdrehsteifigkeit 8 kann zu diesem Zweck ein Vorspannmoment aufweisen.
  • Das Hebelelement 10 bildet in seiner nicht verkippter Neutralstellung, die in der Abbildung a der 10 gezeigt ist, mit seinen dann beidseitigen Kontakten an den Berührpunkten 20,21 zu den Rotorkörpern 3,4 an deren Hebelanlageabschnitten 12,13,15,16 gegen ein magnetisches Abstoßmoment zwischen den Rotorkörpern 3,4 und gegen ein Vorspannmoment der Verdrehsteifigkeit 8 einen Anschlag für die Stellung mit maximal geschwächtem Magnetfeld. Wie in der 5 gezeigt, sind hierzu zwischen den Rotorscheiben 29,30 der Rotorkörper 3,4 und der Rotorwelle 5 in Umfangsrichtung wirkende Anschlagverzahnungen 35, 36 gebildet, die rotative Endlagen der Rotorwelle gegenüber den Rotorscheiben 29,30 bzw. den Rotorkörpern 3,4 definieren. Bei Überschreiten des Moments für diese Stellung wird der Hebelmechanismus mittels der Anschlagverzahnungen überbrückt und das gesteigerte Moment direkt von den Rotorkörpern 3,4 auf die Rotorwelle 5 übertragen.
  • Das Hebelelement 10 ist in zwei freigestellten perspektivischen Ansichten in der 11 gezeigt. Man erkennt anhand dieser Darstellungen gut, dass an dem ovoidischen Grundkörper 26 sich in radialer Richtung nach außen heraus erstreckende, bogenartige Krallen 27 zur Anlage mit den radial äußeren Hebelanlageabschnitten 13,16 ausgebildet sind. Hierbei wechseln sich in axialer Richtung die umfänglichen Orientierungen der bogenförmigen Krallen 27 ab. Der Grundkörper 26 ist dabei hohl ausgebildet und weist in axialer Richtung ebenfalls abwechselnd angeordnete konvexe Bogenabschnitte 38,39 auf, wobei eine Gruppe von Bogenabschnitten 38 dem ersten Rotorkörper 3 und die andere Gruppe von Bogenabschnitten 39 dem zweiten Rotorkörper 4 zugeordnet sind.
  • An den radial inneren Anlageflächen 41,42 der Bogenabschnitte 38,39 des Hebelelements 10 befindet sich der radial innere Berührpunkt 19 mit dem Hebelanlageabschnitt 12,15 der Rotorkörper 3,4. Die radial äußeren Anlageflächen 43,44 an den bogenförmigen Krallen 27 des Hebelelements 10 stellen den Berührpunkt 21 mit den Rotorkörpern 3,4 zur Verfügung. Radial dazwischen sind die Anlageflächen 45,46 an dem ovoidischen Grundkörper 26 ausgebildet, die den Berührpunkt 20 mit den Rotorkörpern 3,4 ausbilden. Dies lässt auch noch einmal gut aus der Zusammenschau der 4 mit der 10 erkennen.
  • Die Krallen 27 sowie ein Abschnitt des ovoidischen Grundkörpers 26 greifen zur Kontaktierung der Rotorkörper 3,4 in dafür in diesen vorgesehenen Taschen 37 radial ein, was sich insbesondere gut anhand der 12 nachvollziehen lässt. Die Taschen 37 besitzen eine atompilzartige Kontur mit am radial inneren Abschnitt umfänglich nach innen hin gerichteten Öffnungsschultern 47. An diesen Öffnungsschultern 47 der Taschen 37 ist der Hebelanlageabschnitt 12,15 der Rotorkörper 3,4 ausgebildet. Die radial äußeren Hebelanlageabschnitte 13,16 sind in den Taschen 37 ausgeformt.
  • Das Hebelelement 10 ist radial über einen sich gegenüber dem und koaxial zum Rotor 1 drehbaren Sicherungsring 28 gesichert, was in der 13 gezeigt ist. Damit wird die Fliehkraft des Hebelelements 10 im Rotor 1 abgestützt und seine radiale Position gesichert. Zur Minimierung von Reibung an den Abstützstellen können die Konturen der kontaktierenden Flächen zwischen dem Hebelelement 10 und dem Sicherungsring 28 auch so gestaltet sein, dass sie aufeinander abwälzen. Hierzu sind die nicht näher bezeichneten axial äußeren Krallen des Hebelelements 10 vorgesehen, die eine von den Krallen 27 abweichende Ausgestaltung aufweisen, was auch gut der 11 zu entnehmen ist. Diese nicht näher bezeichneten axial äußeren Krallen greifen in dafür vorgesehene Taschen der Sicherungsringe 28 ein.
  • Der erste Rotorkörper 3 besteht aus einer Mehrzahl an Rotorscheiben 29, welche in axialer Richtung abwechselnd mit Rotorscheiben 30 des zweiten Rotorkörpers 4 angeordnet sind. Die Rotorscheiben 29 des ersten Rotorkörpers 3 sind über sich achsparallel zur Rotationsachse 18 des Rotors 1 erstreckende erste Verbindungsmittel 131 zu einer baulichen Einheit und die Rotorscheiben 30 des zweiten Rotorkörpers 4 über sich achsparallel zur Rotationsachse 18 des Rotors 1 erstreckende zweite Verbindungsmittel 132 zu einer baulichen Einheit verbunden, was sich gut anhand der 14 nachvollziehen lässt. Zwischen benachbarten Rotorscheiben 29 des ersten Rotorkörpers 3 ist an den ersten Verbindungsmitteln 131 jeweils eine Abstandshülse 33 sowie zwischen benachbarten Rotorscheiben 30 des zweiten Rotorkörpers 4 an den zweiten Verbindungsmitteln 132 jeweils eine Abstandshülse 34 angeordnet.
  • Die Verbindungsmittel 131,132 tragen an zugehörigen Abstandshülsen 33,34 Führungselemente 48 für das eine Ende von einer in Umfangsrichtung wirkenden Verdrehsteifigkeit 8. Deren anderes Ende liegt in einer nicht näher bezeichneten Aussparung der betreffenden Rotorscheibe des Rotorkörpers 3,4 an. Über die Verdrehsteifigkeit 8, die Führungselemente 48, die Abstandshülsen 33,34 und schließlich die Verbindungsmittel 131,132 ist von beiden Rotorkörpern 3,4 aus eine Verdrehsteifigkeit 8 zum jeweils anderen Rotorkörper 3,4 gebildet, vorzugsweise so, dass die beiden Verdrehsteifigkeiten 8 in Richtung der Relativverdrehung, die ein stärkeres Magnetfeld bedeutet, in einer Parallelschaltung zusammenwirken. Die beiden Rotorkörper 3,4 sind jeweils an den stirnseitigen Rotorscheiben mit Wälz- oder Gleitlagern auf der Rotorwelle 5 gelagert. Der Rotor 1 kann an zwei stirnseitigen Wuchtscheiben 49, die Bestandteil des ersten Rotorkörpers 3 sind, ausgewuchtet werden
  • Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Rotor
    2
    Stator
    3
    Rotorkörper
    4
    Rotorkörper
    5
    Rotorwelle
    6
    Permanentmagneten
    7
    Feldschwächungsmechanismus
    8
    Verdrehsteifigkeit
    10
    Hebelelement
    11
    Hebelfenster
    12
    Hebelanlageabschnitt
    13
    Hebelanlageabschnitt
    14
    zweites Hebelfenster
    15
    Hebelanlageabschnitt
    16
    Hebelanlageabschnitt
    17
    Konturen
    18
    Rotationsachse
    19
    Berührpunkt
    20
    Berührpunkt
    21
    Berührpunkt
    22
    Luftspalt
    23
    Verbindungslinie
    24
    Kippachse
    25
    Nut
    26
    Grundkörper
    27
    Krallen
    28
    Sicherungsring
    29
    Rotorscheiben
    30
    Rotorscheiben
    31
    erster Hebelabschnitt
    32
    zweiter Hebelabschnitt
    33
    Abstandshülse
    34
    Abstandshülse
    35
    Anschlagverzahnung
    36
    Anschlagverzahnung
    37
    Taschen
    38
    Bogenabschnitt
    39
    Bogenabschnitt
    41
    Anlagefläche
    42
    Anlagefläche
    43
    Anlagefläche
    44
    Anlagefläche
    45
    Anlagefläche
    46
    Anlagefläche
    47
    Öffnungsschulter
    48
    Führungselemente
    49
    Wuchtscheiben
    61
    Permanentmagneten
    117
    Betriebsstellung
    118
    Betriebsstellung
    119
    Drehachse
    120
    elektrische Maschine
    131
    Verbindungsmittel
    132
    Verbindungsmittel
  • 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
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    • EP 1867030 [0005]
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    • CN 105449969 [0005]
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    • DE 104021101904 [0006]

Claims (10)

  1. Elektrische Maschine (120), insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator (2) und einen durch einen Luftspalt (22) vom Stator (2) getrennten Rotor (1), wobei der Rotor (1) wenigstens einen ersten Rotorkörper (3) mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten (6) und wenigstens einen axial von dem ersten Rotorkörper (3) beabstandeten zweiten Rotorkörper (4) mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten (61) umfasst, und koaxial innerhalb des ersten Rotorkörpers (3) und des zweiten Rotorkörpers (4) eine Rotorwelle (5) drehmomentübertragend mit dem ersten Rotorkörper (3) und dem zweiten Rotorkörper (4) gekoppelt ist, wobei wenigstens der erste Rotorkörper (3) entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit (8) gegenüber dem zweiten Rotorkörper (4) mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus (7) verdrehbar auf der Rotorwelle (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Hebelanlageabschnitten (12,13,15,16) in Kontakt stehenden Konturen (17) eines Hebelelements (10) so gestaltet sind, dass in jeder Betriebsstellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus (7) über dessen vollständigen Verstellweg hinweg in Schnitten senkrecht zur Rotationsachse (18) des Rotors (1) alle Berührpunkte (19,20,21) zwischen den Rotorkörpern (3,4) und dem Hebelelement (10) auf einer geraden Verbindungslinie (23) zwischen einer Kippachse (24) des Hebelelements (10) und der Rotationsachse (18) des Rotors (1) angeordnet sind
  2. Elektrische Maschine (120) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsteifigkeit (8) als ein Federelement, insbesondere als eine Druckfeder oder Bogenfeder, ausgebildet ist.
  3. Elektrische Maschine (120) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (10) in einer radial nach innen gerichteten, axial durch die Rotorwelle (5) verlaufenden Nut (25) aufgenommen ist.
  4. Elektrische Maschine (120) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (25) V-förmig ausgeformt ist.
  5. Elektrische Maschine (120) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (10) einen ovoidischen Grundkörper (26) umfasst, welcher in der Nut (25) positioniert ist.
  6. Elektrische Maschine (120) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ovoidischen Grundkörper (26) sich in radialer Richtung nach außen heraus erstreckende, bogenartige Krallen (27) zur Anlage mit den radial äußeren Hebelanlageabschnitten (13,16) ausgebildet sind.
  7. Elektrische Maschine (120) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (10) radial über einen sich gegenüber dem und koaxial zum Rotor (1) drehbaren Sicherungsring (28) gesichert ist.
  8. Elektrische Maschine (120) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotorkörper (3) aus einer Mehrzahl an Rotorscheiben (29) besteht, welche in axialer Richtung abwechselnd mit Rotorscheiben (30) des zweiten Rotorkörpers (4) angeordnet sind, wobei die Rotorscheiben (29) des ersten Rotorkörpers (3) über sich achsparallel zur Rotationsachse (18) des Rotors (1) erstreckende erste Verbindungsmittel (131) zu einer baulichen Einheit und die Rotorscheiben (30) des zweiten Rotorkörpers (4) über sich achsparallel zur Rotationsachse (18) des Rotors (1) erstreckende zweite Verbindungsmittel (132) zu einer baulichen Einheit verbunden sind.
  9. Elektrische Maschine (120) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Rotorscheiben (29) des ersten Rotorkörpers (3) an den ersten Verbindungsmitteln (131) jeweils eine Abstandshülse (33) sowie zwischen benachbarten Rotorscheiben (30) des zweiten Rotorkörpers (4) an den zweiten Verbindungsmitteln (132) jeweils eine Abstandshülse (34) angeordnet ist.
  10. Elektrische Maschine (120) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rotorscheiben (29,30) der Rotorkörper (3,4) und der Rotorwelle (5) in Umfangsrichtung wirkende Anschlagverzahnungen (35, 36) gebildet sind.
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