DE102022113734A1 - Electric motor system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Elektromotorsystem beinhaltend wenigstens einen ersten und einen zweiten Elektromotor, wobei der erste Elektromotor erste Statorspulen aufweist und der zweite Elektromotor zweite Statorspulen aufweist und wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor denselben Statorkern haben, der die ersten und zweiten Statorspulen trägt. Das Elektromotorsystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine einstückige Anschlussbaugruppe mehrere voneinander elektrisch isolierte Stromschienen aufweist, wobei an jede der Stromschienen wenigstens zwei der ersten Statorspulen oder wenigstens zwei der zweiten Statorspulen elektrisch leitend angeschlossen sind.The invention relates to an electric motor system including at least a first and a second electric motor, wherein the first electric motor has first stator coils and the second electric motor has second stator coils and wherein the first electric motor and the second electric motor have the same stator core which carries the first and second stator coils. The electric motor system is characterized in that a one-piece connection assembly has a plurality of busbars that are electrically insulated from one another, with at least two of the first stator coils or at least two of the second stator coils being connected in an electrically conductive manner to each of the busbars.
Description
Die Erfindung betrifft ein Elektromotorsystem beinhaltend wenigstens einen ersten und einen zweiten Elektromotor, wobei der erste Elektromotor erste Statorspulen aufweist und der zweite Elektromotor zweite Statorspulen aufweist und wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor denselben Statorkern haben, der die ersten und zweiten Statorspulen trägt.The invention relates to an electric motor system including at least a first and a second electric motor, wherein the first electric motor has first stator coils and the second electric motor has second stator coils and wherein the first electric motor and the second electric motor have the same stator core which carries the first and second stator coils.
Es sind Gleichstrommotore bekannt, deren Stator aus einzelnen Statorsegmenten zusammengesetzt sind, wobei die Statorsegmente unterschiedlichen Teilmotoren zugeordnet sind. Beispielsweise ist aus
Aus
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromotorsystem anzugeben, das besonders zuverlässig und sicher ist.It is the object of the present invention to provide an electric motor system that is particularly reliable and safe.
Die Aufgabe wird durch ein Elektromotorsystem gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine einstückige Anschlussbaugruppe mehrere voneinander elektrisch isolierte Stromschienen aufweist, wobei an jede der Stromschienen wenigstens zwei der ersten Statorspulen oder wenigstens zwei der zweiten Statorspulen elektrisch leitend angeschlossen sind.The object is achieved by an electric motor system, which is characterized in that a one-piece connection assembly has a plurality of busbars that are electrically insulated from one another, with at least two of the first stator coils or at least two of the second stator coils being connected in an electrically conductive manner to each of the busbars.
Das erfindungsgemäße Elektromotorsystem hat den ganz besonderen Vorteil, dass Kurzschlüsse der Anschlussleitungen der Statorwicklungen, beispielsweise gegen das Gehäuse oder gegeneinander, ganz besonders zuverlässig vermieden sind, wodurch gewährleistet ist, dass selbst in einem Fehlerfall wenigstens einer der Elektromotore des Elektromotorsystems funktionsfähig bleibt. Es hat sich gezeigt, dass es bei einem Elektromotorsystem der eingangs genannten Art ganz besonders wichtig ist, die Statorspulen jedes Elektromotors des Elektromotorsystems und deren Zuleitungen besonders sicher und zuverlässig gegen die Statorspulen und Zuleitungen der anderen Elektromotore des Elektromotorsystems zu isolieren. Hierbei ist die besondere Komplikation zu berücksichtigen, dass bei einem Elektromotorsystem der eingangs genannten Art eine größere Anzahl von Zuleitungen und elektrischen Verbindungen erforderlich ist, um den ersten und den zweiten Elektromotor (und ggf. beliebig viele weitere Elektromotore des Elektromotorsystems) simultan oder sequentiell betreiben zu können.The electric motor system according to the invention has the very particular advantage that short circuits of the connecting lines of the stator windings, for example against the housing or against each other, are particularly reliably avoided, which ensures that even in the event of a fault, at least one of the electric motors of the electric motor system remains functional. It has been shown that in an electric motor system of the type mentioned at the beginning it is particularly important to insulate the stator coils of each electric motor of the electric motor system and their supply lines particularly safely and reliably from the stator coils and supply lines of the other electric motors of the electric motor system. The special complication that must be taken into account here is that in an electric motor system of the type mentioned at the beginning, a larger number of supply lines and electrical connections are required in order to operate the first and second electric motors (and possibly any number of other electric motors of the electric motor system) simultaneously or sequentially can.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung sind unter den Stromschienen mehrere erste Stromschienen vorhanden, wobei an jede der ersten Stromschienen wenigstens zwei der ersten Statorspulen elektrisch leitend angeschlossen sind. Außerdem sind bei dieser Ausführung unter den Stromschienen mehrere zweite Stromschienen vorhanden, wobei an jede der zweiten Stromschienen wenigstens zwei der zweiten Statorspulen elektrisch leitend angeschlossen sind.In a particularly advantageous embodiment, several first busbars are present under the busbars, with at least two of the first stator coils being connected in an electrically conductive manner to each of the first busbars. In addition, in this embodiment there are several second busbars under the busbars, with at least two of the second stator coils being electrically connected to each of the second busbars.
Bei einer alternativen Ausführung sind unter den Stromschienen ausschließlich mehrere erste Stromschienen vorhanden sind, wobei an jede der ersten Stromschienen wenigstens zwei der ersten Statorspulen elektrisch leitend angeschlossen sind. Außerdem ist bei dieser Ausführung vorgesehen, dass eine weitere einstückige Anschlussbaugruppe ausschließlich mehrere zweite Stromschienen aufweist, wobei an jede der zweiten Stromschienen wenigstens zwei der zweiten Statorspulen elektrisch leitend angeschlossen sind.In an alternative embodiment, only a plurality of first busbars are present under the busbars, with at least two of the first stator coils being electrically connected to each of the first busbars. In addition, in this embodiment it is provided that a further one-piece connection assembly exclusively has a plurality of second busbars, with at least two of the second stator coils being connected in an electrically conductive manner to each of the second busbars.
Bei einer ganz besonders sicheren und zuverlässigen Ausführung weist die einstückige Baugruppe eine aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellte Einhausung aufweist, die die Stromschienen einhaust. Entsprechend kann alternativ oder zusätzlich vorteilhaft vorgesehen sein, dass die weitere einstückige Anschlussbaugruppe eine aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellte weitere Einhausung auf, die die zweiten Stromschienen einhaust.In a particularly safe and reliable design, the one-piece assembly has an enclosure made of an electrically insulating material that houses the busbars. Accordingly, it can alternatively or additionally advantageously be provided that the further one-piece connection assembly has a further housing made of an electrically insulating material, which houses the second busbars.
Der Statorkern kann vorteilhaft axial zwischen der Einhausung und der weiteren Einhausung angeordnet sein. Eine solche Ausführung hat den Vorteil, dass sie besonders kompakt ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Statorkern axial zwischen der ersten und zweiten Anschlussbaugruppe angeordnet sein.The stator core can advantageously be arranged axially between the housing and the further housing. Such a design has the advantage that it is particularly compact. Alternatively or additionally, the stator core can be arranged axially between the first and second connection modules.
Die Einhausung kann mehrere voneinander beabstandete Öffnungen aufweisen, durch die jeweils elektrisch leitende Anschlusselemente verlaufen, von denen jedes elektrisch leitend mit einer der Stromschienen verbunden ist. Auch die weitere Einhausung kann mehrere voneinander beabstandete Öffnungen aufweisen, durch die die zweiten elektrisch leitenden Anschlusselemente verlaufen, von denen jedes elektrisch leitend mit einer der zweiten Stromschienen verbunden ist.The housing can have a plurality of spaced-apart openings through which electrically conductive connection elements run, each of which is electrically conductively connected to one of the busbars. The further housing can also have a plurality of spaced-apart openings through which the second electrically conductive connection elements run, each of which is electrically conductively connected to one of the second busbars.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Öffnungsfläche jeder Öffnung jeweils genauso groß, wie die Querschnittsfläche des durch sie hindurch verlaufenden Anschlusselements in der Öffnungsebene oder jede Öffnung höchstens 10 mal, insbesondere höchstens 5 mal, so groß, wie die Querschnittsfläche des durch sie hindurch verlaufenden Anschlusselements in der Öffnungsebene. Es hat sich gezeigt, dass größere Öffnungen weniger sicher und außerdem nicht erforderlich sind.In a particularly advantageous embodiment, the opening area of each opening is the same size as the cross-sectional area of the connecting element running through it in the opening plane or each opening is at most 10 times, in particular at most 5 times, as large as the cross-sectional area of the connecting element running through it in the opening level. Larger openings have been shown to be less safe and unnecessary.
Die Einhausung kann beispielsweise durch Eingießen der Stromschienen mit dem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein, wobei das elektrisch isolierende Material nach dem Eingießen ausgehärtet ist. Auch die weitere Einhausung kann alternativ oder zusätzlich durch Eingießen der zweiten Stromschienen mit dem elektrisch isolierenden Material hergestellt sein, wobei das elektrisch isolierende Material nach dem Eingießen ausgehärtet ist.The enclosure can be produced, for example, by casting the electrically insulating material into the busbars, the electrically insulating material being hardened after casting. The further enclosure can also alternatively or additionally be produced by casting the second busbars with the electrically insulating material, the electrically insulating material being hardened after casting.
Alternativ kann die Einhausung durch ein an den Stromschienen befestigtes Gehäuse gebildet sein. Auch die weitere Einhausung kann durch ein an den zweiten Stromschienen befestigtes Gehäuse gebildet sein.Alternatively, the enclosure can be formed by a housing attached to the busbars. The further enclosure can also be formed by a housing attached to the second busbars.
Bei einer ganz besonders kompakten und sicheren Ausführung deckt die Anschlussbaugruppe den Statorkern samt den ersten und zweiten Statorspulen, insbesondere in Axialrichtung, ab. Auf diese Weise ist der Statorkern samt den ersten und zweiten Statorspulen besonders gut geschützt angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die weitere Anschlussbaugruppe den Statorkern samt den ersten und zweiten Statorspulen, insbesondere in Axialrichtung, abdeckt.In a particularly compact and safe design, the connection assembly covers the stator core together with the first and second stator coils, especially in the axial direction. In this way, the stator core together with the first and second stator coils is arranged in a particularly well protected manner. Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that the further connection assembly covers the stator core together with the first and second stator coils, in particular in the axial direction.
Insbesondere kann der Statorkern radial nach innen gerichtete Zähne aufweisen, die die Statorspulen tragen und die an einem rohrförmigen Umfangsabschnitt des Statorkerns angeordnet sind. Bei einer solchen Ausführung fungiert bereits der Umfangsabschnitt in radialer Richtung als Schutz für die Statorspulen. In axialer Richtung kann vorteilhafter Weise die Einhausung als wirksamer Schutz fungieren. Zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Einhausung den Statorkern auch in radialer Richtung wenigstens teilweise abdeckt.In particular, the stator core can have radially inwardly directed teeth which carry the stator coils and which are arranged on a tubular peripheral section of the stator core. In such a design, the circumferential section already acts as protection for the stator coils in the radial direction. In the axial direction, the enclosure can advantageously function as effective protection. In addition, it can advantageously be provided that the housing also at least partially covers the stator core in the radial direction.
Die Anschlussbaugruppe und/oder die weitere Anschlussbaugruppe können axial beabstandet zu dem Statorkern angeordnet sein. Hierdurch verbleibt vorteilhaft dazwischen nutzbarer Bauraum, in dem gut geschützt beispielsweise elektrische Leitungen, Drähte, Wickeldraht, Steckverbinder und/oder elektrische Bauteile angeordnet werden können.The connection assembly and/or the further connection assembly can be arranged axially spaced from the stator core. This advantageously leaves usable space in between, in which, for example, electrical lines, wires, winding wire, connectors and/or electrical components can be arranged in a well-protected manner.
Die Einhausung kann vorteilhaft eine Deckelwandung aufweisen, die sich in radialer Richtung erstreckt und/oder die senkrecht zur Axialrichtung des Elektromotorsystems angeordnet ist. Die Deckelwandung kann insbesondere als Kreisscheibe ausgebildet sein oder ringförmig ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die weitere Einhausung eine weitere Deckelwandung aufweist, die sich in radialer Richtung erstreckt und/oder die senkrecht zur Axialrichtung angeordnet ist.The housing can advantageously have a cover wall which extends in the radial direction and/or which is arranged perpendicular to the axial direction of the electric motor system. The cover wall can in particular be designed as a circular disk or can be designed in the shape of a ring. Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that the further housing has a further cover wall which extends in the radial direction and/or which is arranged perpendicular to the axial direction.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Deckelwandung und/oder die weitere Deckelwandung die Öffnungen aufweist, durch die die elektrisch leitenden Anschlusselemente verlaufen.In particular, it can advantageously be provided that the cover wall and/or the further cover wall has the openings through which the electrically conductive connection elements run.
Vorzugsweise verläuft durch jede Öffnung nur ein einziges der Anschlusselemente. Auf diese Weise wird eine besonders gute, sichere und zuverlässige Isolierung der verschiedenen spannungsführenden Komponenten voneinander erreicht.Preferably only one of the connection elements runs through each opening. In this way, particularly good, safe and reliable insulation of the various live components from one another is achieved.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung weisen die Einhausung und/oder die weitere Einhausung zwischen benachbarten Öffnungen angeordnete Abschirmwände auf. Die Abschirmwände ragen vorzugsweise in dieselbe Richtung, wie die jeweils benachbarten elektrisch leitenden Anschlusselemente. Vorzugsweise stehen die Abschirmwände in dieser Richtung über die elektrisch leitenden Anschlusselemente vor. Auf diese Weise ist zuverlässig verhindert, dass benachbarte elektrisch leitende Anschlusselemente miteinander in Kontakt kommen können. Besonders kompakt und bauraumsparend ist eine Ausführung, bei der sich die Abschirmwände in axialer und radialer Richtung erstrecken.In a particularly advantageous embodiment, the enclosure and/or the further enclosure have shielding walls arranged between adjacent openings. The shielding walls preferably project in the same direction as the adjacent electrically conductive connection elements. Preferably, the shielding walls are in this direction over which conduct electricity the connection elements. In this way, it is reliably prevented that adjacent electrically conductive connection elements come into contact with one another. A particularly compact and space-saving design is one in which the shielding walls extend in the axial and radial directions.
Die Abschirmwände können vorteilhaft senkrecht zur Deckelwandung bzw. senkrecht zur weiteren Deckelwandung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Abschirmwände unmittelbar an der Deckelwandung bzw. der weiteren Deckelwandung angeordnet sein. Bei einer ganz besonders einfach herstellbaren und einfach einsetzbaren Ausführung sind die Abschirmwände zusammen mit der Deckelwandung bzw. der weiteren Deckelwandung einstückig, beispielsweise als Spritzgußbauteil, hergestellt.The shielding walls can advantageously be arranged perpendicular to the cover wall or perpendicular to the further cover wall. Alternatively or additionally, the shielding walls can be arranged directly on the cover wall or the further cover wall. In a particularly easy-to-produce and easy-to-use design, the shielding walls are manufactured in one piece together with the cover wall or the further cover wall, for example as an injection molded component.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die Einhausung einen, insbesondere an der Deckelwandung, angeordneten Rohrabschnitt auf. Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Einhausung einen, insbesondere an der weiteren Deckelwandung, angeordneten Rohrabschnitt aufweisen. Der Rohrabschnitt kann derart ausgebildet sein, dass er an einer Außenumfangsfläche des Statorkerns oder an einer Innenumfangsfläche des Statorkerns anliegt und/oder diese radial abdeckt. Insbesondere können auch zwei Rohrabschnitte vorhanden sein, von denen einer an einer Außenumfangsfläche des Statorkern anliegt und/oder diese radial abdeckt und der andere an einem Innenumfang des Statorkerns anliegt und/oder diesen radial abdeckt. Bei einer solchen Ausführung kann die Einhausung (bzw. die weitere Einhausung) vorteilhaft auf den die Statorspulen tragenden Statorkern (und ggf. vorhandene Stromschienen), insbesondere axial, aufgesteckt werden.In a particularly advantageous embodiment, the housing has a pipe section arranged in particular on the cover wall. Alternatively or additionally, the further housing can have a pipe section arranged in particular on the further cover wall. The tube section can be designed in such a way that it rests on an outer circumferential surface of the stator core or on an inner circumferential surface of the stator core and/or covers it radially. In particular, two tube sections can also be present, one of which rests on an outer circumferential surface of the stator core and/or covers it radially and the other rests on an inner circumference of the stator core and/or covers it radially. In such a design, the housing (or the further housing) can advantageously be plugged onto the stator core carrying the stator coils (and any existing busbars), in particular axially.
Die Öffnungen, durch die die elektrisch leitenden Anschlusselemente verlaufen, können sich vorteilhaft in axialer Richtung erstrecken. Eine solche Ausführung der Einhausung und/oder der weiteren Einhausung kann besonders Vorteilhaft dazu ausgebildet sein, aufgesteckt zu werden. Insbesondere können die Einhausung und/oder die weitere Einhausung vorteilhaft dazu ausgebildet sein derart aufgesteckt zu werden, dass die räumlich entsprechend den Öffnungen angeordneten und (vorzugsweise axial) hervorstehenden elektrisch leitenden Anschlusselemente beim Aufsteckvorgang automatisch durch die Öffnungen geführt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Öffnungen in radialer Richtung verlaufen. Bei einer besonderen Ausführung gibt es sowohl Öffnungen, die in radialer Richtung verlaufen, als auch Öffnungen, die in axialer Richtung verlaufen.The openings through which the electrically conductive connection elements run can advantageously extend in the axial direction. Such a design of the enclosure and/or the further enclosure can be particularly advantageously designed to be plugged on. In particular, the housing and/or the further housing can advantageously be designed to be plugged on in such a way that the electrically conductive connection elements, which are spatially arranged corresponding to the openings and (preferably axially) projecting, are automatically guided through the openings during the plugging process. However, it is also possible for the openings to run in a radial direction. In a special embodiment, there are openings that run in the radial direction as well as openings that run in the axial direction.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung, die eine besonders gut geordnete elektrische Anschließbarkeit und eine ganz besonders gute Isolierung ermöglicht, ist der Statorkern samt den Statorspulen (und ggf. beidseitige vorhandenen Stromschienen) axial zwischen der Anschlussbaugruppe und der weiteren Anschlussbaugruppe angeordnet. Insbesondere bei einer solchen Ausführung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass alle ersten elektrisch leitenden Anschlusselemente durch die Öffnungen der Einhausung verlaufen und dass alle zweiten elektrisch leitenden Anschlusselemente durch die Öffnungen der weiteren Einhausung verlaufen.In a particularly advantageous embodiment, which enables a particularly well-ordered electrical connection and particularly good insulation, the stator core together with the stator coils (and possibly existing busbars on both sides) is arranged axially between the connection module and the further connection module. In particular, in such an embodiment, it can advantageously be provided that all first electrically conductive connection elements run through the openings of the housing and that all second electrically conductive connection elements run through the openings of the further housing.
Die elektrisch leitenden Anschlusselemente können jeweils als Stift oder als Blechstreifen oder Strangpressprofil ausgebildet sein. Insbesondere können die elektrisch leitenden Anschlusselemente steif und/oder federelastisch steif ausgebildet sein. Dies ermöglicht es, Anschlussleitungen in einfacher Weise durch Anlöten, Anschweißen oder mittels Steckverbindern elektrisch leitend an die elektrisch leitenden Anschlusselemente anbringen zu können. Es ist jedoch auch möglich, dass die elektrisch leitenden Anschlusselemente jeweils als flexibler Leitungsdraht oder als Kabel ausgebildet sind.The electrically conductive connection elements can each be designed as a pin or as a metal strip or extruded profile. In particular, the electrically conductive connection elements can be designed to be rigid and/or resiliently rigid. This makes it possible to attach connecting cables to the electrically conductive connection elements in a simple manner by soldering, welding or using plug connectors. However, it is also possible that the electrically conductive connection elements are each designed as a flexible line wire or as a cable.
Bei einer besonders geordnet und zuverlässig zusammenbaubaren Ausführung sind die Stromschienen als Sandwichpaket mit isolierenden Zwischenschichten zwischen den Stromschienen ausgebildet. Die Stapelrichtung des Sandwichpakets kann insbesondere radial (radial ineinander liegende und voneinander isolierte Stromschienen) oder axial (axial aufeinanderliegende und voneinander isolierte Stromschienen) ausgerichtet sein.In a design that can be assembled in a particularly orderly and reliable manner, the busbars are designed as a sandwich package with insulating intermediate layers between the busbars. The stacking direction of the sandwich package can in particular be aligned radially (busbars lying radially one inside the other and insulated from one another) or axially (busbars lying axially one on top of the other and insulated from one another).
Die Stromschienen können vorteilhaft ringförmig oder ringsegmentförmig ausgebildet sein. Eine solche Ausführung ermöglicht es insbesondere, die Anschlussbaugruppe samt deren Stromschienen axial angrenzend an den Statorkern anordnen zu können, wobei in der Mitte ein Freiraum für den Rotor oder eine Abtriebswelle (bei einem Einbau auf der Seite, auf der der Rotor oder eine mit dem Rotor drehfest verbundene Abtriebswelle hervorsteht) oder für zusätzliche Elemente, wie beispielsweise einen Sensor, insbesondere einen Rotorlagesensor, (insbesondere bei einem Einbau auf der der Abtriebswelle gegenüberliegenden Seite) zur Verfügung steht. Insbesondere kann die Einhausung entsprechend ringförmig oder ringsegmentförmig ausgebildet sein.The busbars can advantageously be designed in the shape of a ring or a ring segment. Such a design makes it possible, in particular, to be able to arrange the connection assembly together with its busbars axially adjacent to the stator core, with a free space in the middle for the rotor or an output shaft (when installed on the side on which the rotor or one with the rotor non-rotatably connected output shaft protrudes) or for additional elements, such as a sensor, in particular a rotor position sensor, (particularly when installed on the side opposite the output shaft). In particular, the housing can be designed to be ring-shaped or ring-segment-shaped.
Der Statorkern kann mehrere erste Wickelzähne aufweisen, auf die ausschließlich die ersten Statorspulen gewickelt sind, und er kann außerdem mehrere zweite Wickelzähne aufweisen, auf die ausschließlich die zweiten Statorspulen gewickelt sind. Es hat sich gezeigt, dass bei einer solchen Ausführung keine zusätzlichen Mittel zur Trennung des magnetischen Flusses zwischen einzelnen Wickelzähnen erforderlich (aber möglich) sind. Insbesondere sind auch dann keine zusätzlichen Mittel zur Trennung des magnetischen Flusses erforderlich, wenn erste Wickelzähne, die dem ersten Elektromotor zugeordnet sind, und zweite Wickelzähne, die dem zweiten Elektromotor zugeordnet sind, einander benachbart angeordnet sind. Vielmehr hat es sich gezeigt, dass sogar beide (oder mehr) Elektromotore des erfindungsgemäßen Elektromotorsystems, die denselben Rotor aufweisen, bei sehr hoher mechanischer Leistungsabgabe gleichzeitig betreibbar sind, weitgehend ohne dass sich die Elektromotore gegenseitig nachteilig beeinflussen. Allerdings ist es auch möglich, beispielsweise nur den ersten der Elektromotore zu verwenden. In diesem Fall steht der zweite Elektromotor (oder ggf. auch ein dritter) Elektromotor als Ersatzmotor für den Fall zur Verfügung, dass der erste Elektromotor ausfällt. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass beispielsweise nach einer Anlaufphase, in der beide Elektromotore gleichzeitig betrieben werden, einer der Elektromotore abgeschaltet wird, um Energie einzusparen.The stator core may have a plurality of first winding teeth on which exclusively the first stator coils are wound, and it may also have a plurality of second winding teeth on which exclusively the second stator coils are wound. It has been shown that with such a design no additional means for separating the magnetic flux between individual winding teeth are required (but possible). In particular, no additional means for separating the magnetic flux are required even if first winding teeth, which are assigned to the first electric motor, and second winding teeth, which are assigned to the second electric motor, are arranged adjacent to one another. Rather, it has been shown that both (or more) electric motors of the electric motor system according to the invention, which have the same rotor, can be operated simultaneously with very high mechanical power output, largely without the electric motors having a negative influence on one another. However, it is also possible, for example, to only use the first of the electric motors. In this case, the second electric motor (or possibly a third) electric motor is available as a replacement motor in the event that the first electric motor fails. Alternatively or additionally, it can also be provided that, for example, after a start-up phase in which both electric motors are operated simultaneously, one of the electric motors is switched off in order to save energy.
Der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor weisen denselben, vorzugsweise einzigen, Rotor auf, der relativ zu dem Stator rotierbar angeordnet ist. Insbesondere kann der Rotor rotierbar in dem Statorkern angeordnet sein. Es ist alternativ allerdings auch möglich, dass die Elektromotore als Außenläufer ausgebildet sind und der Rotor den Stator umgibt.The first electric motor and the second electric motor have the same, preferably single, rotor, which is arranged to be rotatable relative to the stator. In particular, the rotor can be arranged rotatably in the stator core. Alternatively, however, it is also possible for the electric motors to be designed as external rotors and for the rotor to surround the stator.
Der Rotor kann mehrere, vorzugsweise in Umfangsrichtung symmetrisch, angeordnete Permanentmagnete aufweisen.The rotor can have a plurality of permanent magnets, preferably arranged symmetrically in the circumferential direction.
Bei einer ganz besonders einfach und kompakt herstellbaren Ausführung weist der Statorkern einen Stapel von, vorzugsweise lamellierten und isolierten, Elektroblechen auf, von denen jedes erste Abschnitte, die Bestandteil der ersten Wickelzähne sind, und zweite Abschnitte, die Bestandteil der zweiten Wickelzähne sind, aufweist. Falls das Elektromotorsystem noch weitere Elektromotore aufweist, können in analoger Weise dritte, vierte, usw. Abschnitte, die Bestandteil der dritten, vierten usw. Wickelzähne sind, vorhanden sein.In a particularly simple and compact design, the stator core has a stack of, preferably laminated and insulated, electrical sheets, each of which has first sections that are part of the first winding teeth and second sections that are part of the second winding teeth. If the electric motor system has additional electric motors, third, fourth, etc. sections, which are part of the third, fourth, etc. winding teeth, can be present in an analogous manner.
In besonders vorteilhafter Weise kann der Stator derart ausgebildet sein, dass jedes der Elektrobleche einen Anteil zu jedem der Wickelzähne beiträgt. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Statorkern aus einem Stapel von, vorzugsweise gleichen, einstückig hergestellten und gegeneinander elektrisch isolierten und/oder miteinander verklebten Elektroblechen besteht. Die Elektrobleche können in herkömmlicher Weise, insbesondere durch Ausstanzen, (und ggf. weitere Bearbeitungsschritte, wie das Auftragen eines Isoliermittels) hergestellt sein.In a particularly advantageous manner, the stator can be designed such that each of the electrical sheets contributes a portion to each of the winding teeth. In particular, it can advantageously be provided that the stator core consists of a stack of electrical sheets, preferably identical, manufactured in one piece and electrically insulated from one another and/or glued together. The electrical sheets can be manufactured in a conventional manner, in particular by punching (and possibly further processing steps, such as applying an insulating agent).
Bei einer ganz besonders einfach und kompakt herstellbaren Ausführung weist jedes der Elektrobleche einen ringförmigen Abschnitt auf, an dessen Umfang, insbesondere an dessen Innenumfang, die ersten und zweiten Abschnitte umlaufend abwechselnd angeordnet sind.In a particularly simple and compact design, each of the electrical sheets has an annular section, on the circumference of which, in particular on the inner circumference, the first and second sections are arranged alternately all around.
Bei einer besonderen Ausführung ist der Statorkern nicht aus segmentartigen Wickelzähnen oder aus segmentartigen Wickelzahngruppen zusammengesetzt. Insbesondere kann der Statorkern als ein einstückiger Stapel von, insbesondere gleichen, Elektroblechen, die voneinander elektrisch isoliert sind, hergestellt sein, der nicht in einzelne Segmente von Wickelzähnen oder Gruppen von Wickelzähnen zerlegbar ist, ohne die Elektrobleche zu zerstören.In a special embodiment, the stator core is not composed of segment-like winding teeth or segment-like winding tooth groups. In particular, the stator core can be produced as a one-piece stack of, in particular identical, electrical sheets that are electrically insulated from one another, which cannot be dismantled into individual segments of winding teeth or groups of winding teeth without destroying the electrical sheets.
Allerdings ist es alternativ vorteilhaft auch möglich, dass der Statorkern aus mehreren Wickelzahnsegmenten oder aus segmentartigen Wickelzahngruppen zusammengesetzt ist.However, as an alternative, it is also advantageously possible for the stator core to be composed of several winding tooth segments or segment-like winding tooth groups.
Es hat sich gezeigt, dass eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht ist, wenn der Statorkern auf besondere Art aus mehreren besonderen Statorkernsegmenten zusammengesetzt wird. Das Zusammensetzen aus mehreren Statorkernsegmenten, von denen jedes mehrere Wickelzähne aufweist, hat den ganz besonderen Vorteil, dass ein elektrisches und/oder magnetisches Übersprechen von den Statorspulen, die auf die Wickelzähne eines Statorkernsegment gewickelt sind, auf die Statorspulen, die auf die Wickelzähne eines anderen Statorkernsegments gewickelt sind, einfach, wirkungsvoll und bauraumsparend unterbunden oder zumindest wesentlich reduziert werden kann.It has been shown that a particularly compact design is possible if the stator core is assembled in a special way from several special stator core segments. The assembly of several stator core segments, each of which has several winding teeth, has the very particular advantage that electrical and / or magnetic crosstalk from the stator coils that are wound on the winding teeth of one stator core segment to the stator coils that are on the winding teeth of another Stator core segments are wound, can be prevented or at least significantly reduced in a simple, effective and space-saving manner.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung ein räumliches Verschachteln der Statorkernsegmente ineinander, was, insbesondere in Axialrichtung, eine besonders bauraumsparende Bauweise ermöglicht. Insbesondere im Hinblick auf eine einfache und schnelle Zusammensetzbarkeit der Statorkernsegmente kann wenigstens eines der Statorkernsegmente als ein zusammenhängendes Stück ausgebildet sein, das als Ganzes gehandhabt werden kann. Vorzugsweise sind sämtliche Statorkernsegmente als zusammenhängende Stücke ausgebildet, die jeweils einzeln und als Ganzes gehandhabt werden können.In addition, the invention enables the stator core segments to be spatially nested within one another, which, particularly in the axial direction, enables a particularly space-saving design. Particularly with a view to making the stator core segments easy and quick to assemble, at least one of the stator core segments can be designed as a coherent piece that can be handled as a whole. All stator core segments are preferably designed as coherent pieces, which can each be handled individually and as a whole.
Es ist beispielsweise möglich, die Statorkernsegmente jeweils aus einem einzigen Stück Rohmaterial herzustellen. Es ist auch möglich, die Statorkernsegmente jeweils mittels eines Spritzguss-, Gieß-, Press- oder Sinterverfahrens in einem Stück herzustellen. Es ist alternativ auch möglich, die Statorkernsegmente jeweils aus mehreren Bauteilen, beispielsweise aus mehreren Elektroblechstücken, zu jeweils einem Stück zusammenzubauen, das als Ganzes gehandhabt werden kann.It is possible, for example, to produce the stator core segments from a single piece of raw material. It is also possible to each stator core segments by means of an injection molding, Casting, pressing or sintering process in one piece. Alternatively, it is also possible to assemble the stator core segments from several components, for example from several pieces of electrical sheet metal, into one piece that can be handled as a whole.
Der Statorkern kann beispielsweise aus genau zwei Statorkernsegmenten zusammengesetzt sein. Beispielsweise ist es möglich den Statorkern aus genau zwei, insbesondere gleichen, Statorkernsegmenten zusammenzusetzen, von denen jedes zwei oder mehr Wickelzähne aufweist. Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist der Statorkern aus genau zwei, insbesondere gleichen, Statorkernsegmenten zusammenzusetzen, von denen jedes sechs Wickelzähne aufweist. Der Statorkern dieser Ausführung weist im Ergebnis 12 Wickelzähne auf. Es ist jedoch auch möglich, den Statorkern aus einer größeren Anzahl von Statorkernsegmenten zusammenzusetzen.The stator core can, for example, be composed of exactly two stator core segments. For example, it is possible to assemble the stator core from exactly two, in particular identical, stator core segments, each of which has two or more winding teeth. In a particularly advantageous embodiment, the stator core is composed of exactly two, in particular identical, stator core segments, each of which has six winding teeth. The stator core of this version has 12 winding teeth. However, it is also possible to assemble the stator core from a larger number of stator core segments.
Die Statorkernsegmente können vorteilhaft insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Wickelzähne unterschiedlicher Statorkernsegmente in Umfangsrichtung abwechselnd oder, insbesondere wenn mehr als zwei Statorkernsegmente vorhanden sind, mit einer regelmäßigen Reihenfolge, insbesondere einer zyklisch wiederkehrenden Reihenfolge, angeordnet sind. Auf diese Weise ist insbesondere eine rotationssymmetrische Bauweise des Statorkerns möglich.The stator core segments can advantageously be designed in such a way that the winding teeth of different stator core segments are arranged alternately in the circumferential direction or, in particular if there are more than two stator core segments, in a regular order, in particular a cyclically recurring order. In this way, a rotationally symmetrical design of the stator core is possible.
Bei einer besonderen Ausführung sind die Wickelzähne jedes Statorkernsegments im Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet. Eine solche Ausführung ermöglicht eine rotationssymmetrische Bauweise des Statorkerns. Insbesondere können die Wickelzähne der Statorkernsegmente derart verteilt angeordnet sein, dass nach dem Zusammensetzen der Statorkernsegmente jeweils zwischen zwei Wickelzähnen eines Statorkernsegments wenigstens ein Wickelzahn wenigstens eines anderen Statorkernsegments angeordnet ist.In a special embodiment, the winding teeth of each stator core segment are arranged evenly distributed in the circumferential direction. Such a design enables a rotationally symmetrical design of the stator core. In particular, the winding teeth of the stator core segments can be arranged distributed in such a way that after the stator core segments have been assembled, at least one winding tooth of at least one other stator core segment is arranged between two winding teeth of a stator core segment.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Statorkernsegmente bezogen auf die Rotationsachse drehversetzt zueinander angeordnet sind. Eine solche Ausführung ermöglicht es insbesondere, die Statorkernsegmente wenigstens teilweise axial ineinander zu verschachteln. Insbesondere ist auf diese Weise vorteilhaft erreicht, die Wickelzähne eines Statorkernsegments nicht axial von den Wickelzähnen eines anderen Statorkernsegments beabstandet anordnen zu müssen.Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that the stator core segments are arranged rotationally offset from one another with respect to the axis of rotation. Such a design makes it possible, in particular, to nest the stator core segments at least partially axially into one another. In particular, it is advantageously achieved in this way that the winding teeth of a stator core segment do not have to be arranged axially at a distance from the winding teeth of another stator core segment.
Insbesondere im Hinblick auf eine symmetrische, insbesondere rotationssymmetrische, Bauweise des Statorkerns können die Statorkernsegmente des Statorkerns vorteilhaft eine gleiche Anzahl von Wickelzähnen aufweisen.In particular with regard to a symmetrical, in particular rotationally symmetrical, design of the stator core, the stator core segments of the stator core can advantageously have the same number of winding teeth.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung sind wenigstens zwei der Statorkernsegmente gleich ausgebildet. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass alle Statorkernsegmente des Statorkerns gleich ausgebildet sind. Eine solche Ausführung ist durch die Verwendung von Gleichteilen im Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung besonders vorteilhaft. Beispielsweise kann der Statorkern u.a. aus genau zwei gleichen Statorkernsegmenten zusammengefügt sein, die in Axialrichtung einander entgegengesetzt und bezogen auf die Rotationsachse drehversetzt zueinander angeordnet sind. Der Drehwinkel, um die die Statorkernsegmente drehversetzt sind, kann insbesondere 360 dividiert durch die Anzahl aller Wickelzähne des Statorkerns betragen.In a particularly advantageous embodiment, at least two of the stator core segments are designed the same. In particular, it can advantageously be provided that all stator core segments of the stator core are designed the same. Such a design is particularly advantageous in terms of cost-effective production due to the use of identical parts. For example, the stator core can be assembled from exactly two identical stator core segments, which are arranged opposite one another in the axial direction and rotationally offset from one another with respect to the axis of rotation. The angle of rotation by which the stator core segments are rotationally offset can in particular be 360 divided by the number of all winding teeth of the stator core.
Vorzugsweise sind die ersten Wickelzähne und die zweiten Wickelzähne (unabhängig davon ob der Statorkern einstückig oder aus Segmenten hergestellt ist) im Hinblick auf eine kompakte Bauweise axial nicht voneinander beabstandet und auch nicht axial zueinander versetzt angeordnet. Vielmehr ist es bevorzugt, dass die ersten Wickelzähne und die zweiten Wickelzähne axial gleich angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die ersten Wickelzähne und die zweiten Wickelzähne gleich, insbesondere zumindest axial gleich groß, ausgebildet sind.Preferably, the first winding teeth and the second winding teeth (regardless of whether the stator core is made in one piece or from segments) are not axially spaced apart from one another and are also not arranged axially offset from one another in order to ensure a compact design. Rather, it is preferred that the first winding teeth and the second winding teeth are arranged axially the same. Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that the first winding teeth and the second winding teeth are designed to be the same, in particular at least axially the same size.
Vorzugsweise ist jede der ersten Statorspulen jeweils ausschließlich auf einen einzigen ersten Wickelzahn gewickelt. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass jede der zweiten Statorspulen jeweils ausschließlich auf einen einzigen zweiten Wickelzahn gewickelt ist. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Elektromotorsystem besonders gut funktioniert, wenn auf einen Wickelzahn nur eine einzige Statorspule entweder des ersten Elektromotors oder des zweiten Elektromotors (ggf. des dritten, vierten usw. Elektromotors) gewickelt ist. Die Statorspulen können in ganz besonders vorteilhafter Weise mittels eines Nadelwicklers gewickelt sein.Preferably, each of the first stator coils is wound exclusively on a single first winding tooth. Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that each of the second stator coils is wound exclusively on a single second winding tooth. It has been shown that the electric motor system according to the invention works particularly well if only a single stator coil of either the first electric motor or the second electric motor (possibly the third, fourth, etc. electric motor) is wound on a winding tooth. The stator coils can be wound in a particularly advantageous manner using a needle winder.
Bei einer ganz besonders effizient arbeitenden Ausführung trägt jeder erste Wickelzahn ausschließlich eine einzige der ersten Statorspulen. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass jeder zweite Wickelzahn ausschließlich eine einzige der zweiten Statorspulen trägt. Diese Bauweise trägt erheblich dazu bei, dass die Elektromotore, insbesondere gleichzeitig, betreibbar sind, ohne sich gegenseitig zu stören.In a particularly efficient design, each first winding tooth carries only one of the first stator coils. Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that each second winding tooth carries exclusively a single one of the second stator coils. This design makes a significant contribution to ensuring that the electric motors can be operated, especially simultaneously, without interfering with each other.
Die ersten und zweiten (und ggf. dritten , vierten, usw.) Statorspulen können gleich ausgebildet sein. Insbesondere können auf diese Weise der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor gleich ausgebildet werden. Eine solche Ausführung hat insbesondere den ganz besonderen Vorteil, dass in einfacher Weise der zweite Elektromotor (oder ggf. auch ein dritter, vierte ...) Elektromotor als Ersatzmotor unter denselben Betriebs- und Ansteuerbedingungen in dem Fall verwendet werden kann, dass der erste Elektromotor ausfällt.The first and second (and possibly third, fourth, etc.) stator coils can be designed the same. In particular, the first electric motor and the second electric motor can be designed to be the same in this way. Such an embodiment has the very special advantage that the second electric motor (or possibly a third, fourth...) electric motor can easily be used as a replacement motor under the same operating and control conditions in the case that the first electric motor fails.
Insbesondere ein solches Elektromotorsystem ermöglicht es beispielsweise auch, ein anzutreibendes System aus dem Stillstand unter gleichzeitiger Verwendung des ersten und des zweiten (und ggf. dritten ...) Elektromotors anzufahren, wobei nach dem Anfahren (wenigstens) einer der Elektromotore abgeschaltet wird, um das System dann effizient nur mit einem der Elektromotore (bzw. mit einer geringeren Anzahl von Elektromotoren) weiter zu betreiben. Allerdings ist dies auch möglich, wenn sich die ersten Statorspulen von den zweiten Statorspulen hinsichtlich wenigstens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden.In particular, such an electric motor system also makes it possible, for example, to start up a system to be driven from a standstill using the first and second (and possibly third...) electric motors at the same time, with (at least) one of the electric motors being switched off after starting up in order to achieve this The system can then continue to be operated efficiently with only one of the electric motors (or with a smaller number of electric motors). However, this is also possible if the first stator coils differ from the second stator coils with regard to at least one property.
Bei einer ganz besonders vielseitig einsetzbaren Ausführung unterscheiden sich die ersten Statorspulen von den zweiten Statorspulen hinsichtlich wenigstens einer Eigenschaft. Beispielsweise können sich die ersten Statorspulen von den zweiten Statorspulen hinsichtlich wenigstens einer der folgenden Eigenschaften voneinander unterscheiden: Windungszahl, Wickeldrahtdurchmesser, Wickeldrahtquerschnitt, Wickeldrahtmaterial, Wickelart. Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass der erste Elektromotor andere Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich des maximalen Drehmoments und/oder maximalen Drehzahl und/oder des Anlaufverhaltens aufweist, als der zweite (und/oder dritte, vierte ...) Elektromotor.In a particularly versatile design, the first stator coils differ from the second stator coils in terms of at least one property. For example, the first stator coils can differ from the second stator coils with respect to at least one of the following properties: number of turns, winding wire diameter, winding wire cross section, winding wire material, type of winding. In this way, it can advantageously be achieved that the first electric motor has different properties, for example with regard to the maximum torque and/or maximum speed and/or the starting behavior, than the second (and/or third, fourth...) electric motor.
Ein solches Elektromotorsystem ermöglicht es beispielsweise, ein anzutreibendes System aus dem Stillstand mit dem ersten Elektromotor, der zum Bereitstellen eines besonders hohen Drehmoments ausgelegt ist, anzufahren, während der zweite Elektromotor abgeschaltet ist, um anschließend den ersten Elektromotor abzuschalten und das angefahrene System mit dem zweiten Elektromotor, der zum Bereitstellen einer hohen Dauerdrehzahl ausgelegt ist, weiter zu betreiben. Das Umschalten von dem ersten Elektromotor auf den zweiten Elektromotor kann beispielsweise erfolgen, wenn wenigstens eine Kenngröße, beispielsweise eine Drehzahl oder ein Drehmoment, des Elektromotorsystems oder des von dem Elektromotorsystem angetriebenen System einen zuvor festgelegten Wert erreicht. Insbesondere kann wenigstens ein Sensor zum Messen der Kenngröße vorhanden sein.Such an electric motor system makes it possible, for example, to start up a system to be driven from a standstill with the first electric motor, which is designed to provide a particularly high torque, while the second electric motor is switched off, in order to then switch off the first electric motor and the started system with the second Electric motor, which is designed to provide a high continuous speed, to continue to operate. Switching from the first electric motor to the second electric motor can take place, for example, when at least one parameter, for example a speed or a torque, of the electric motor system or the system driven by the electric motor system reaches a previously set value. In particular, at least one sensor can be present for measuring the parameter.
Beispielsweise kann ein geparktes Fahrzeug, das zum Erreichen eines Vortriebs mit wenigstens einem solchen erfindungsgemäßen Elektromotorsystem ausgerüstet ist, mittels eines ersten Elektromotors des Elektromotorsystems, der zum Bereitstellen eines besonders hohen Drehmoments ausgelegt ist, effektiv aus dem Stand in Bewegung versetzt werden, wobei ein Umschalten auf den zweiten Elektromotor, der zum Bereitstellen einer hohen Dauerdrehzahl ausgelegt ist, erfolgt, sobald eine vorbestimmte Kenngröße, beispielsweise eine vorbestimmte oder einstellbare Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine bestimmte Drehzahl, erreicht wird.For example, a parked vehicle, which is equipped with at least one such electric motor system according to the invention to achieve propulsion, can be effectively set in motion from a standstill by means of a first electric motor of the electric motor system, which is designed to provide a particularly high torque, with a switching to the second electric motor, which is designed to provide a high continuous speed, occurs as soon as a predetermined parameter, for example a predetermined or adjustable vehicle speed and / or a specific speed, is reached.
Bei einer ganz besonders vielseitig einsetzbaren Ausführung ist der erste Elektromotor für eine erste Betriebsspannung ausgelegt, während der zweite Elektromotor für eine zweite Betriebsspannung ausgelegt ist, die von der ersten Betriebsspannung verschieden ist. Beispielsweise kann der erste Elektromotor für eine erste Betriebsspannung von 12 Volt ausgelegt sein, während der zweite Elektromotor für eine zweite Betriebsspannung von 48 Volt ausgelegt ist.In a particularly versatile embodiment, the first electric motor is designed for a first operating voltage, while the second electric motor is designed for a second operating voltage that is different from the first operating voltage. For example, the first electric motor can be designed for a first operating voltage of 12 volts, while the second electric motor is designed for a second operating voltage of 48 volts.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung, die insbesondere im Bereich der Elektrofahrzeuge verwendet werden kann, ist der erste Elektromotor für eine erste Betriebsspannung ausgelegt, die über 350 Volt, insbesondere 400 Volt oder 800 Volt, beträgt. Der zweite Elektromotor ist für eine zweite Betriebsspannung ausgelegt, die ebenfalls über 350 Volt, insbesondere 400 Volt oder 800 Volt, beträgt. Insbesondere kann die zweite Betriebsspannung genauso hoch sein, wie die erste Betriebsspannung oder sich von der ersten Betriebsspannung unterscheiden. Gleiches gilt analog auch für die Betriebsstromstärken. Bei einer besonderen Ausführung sind die ersten Statorspulen dazu ausgebildet, jeweils bei einer ersten Betriebsspannung und bei einer ersten Betriebsstromstärke betrieben zu werden. Analog sind die zweiten Statorspulen dazu ausgebildet, jeweils bei einer zweiten Betriebsspannung und bei einer zweiten Betriebsstromstärke betrieben zu werden.In a particularly advantageous embodiment, which can be used in particular in the field of electric vehicles, the first electric motor is designed for a first operating voltage which is over 350 volts, in particular 400 volts or 800 volts. The second electric motor is designed for a second operating voltage, which is also over 350 volts, in particular 400 volts or 800 volts. In particular, the second operating voltage can be as high as the first operating voltage or can differ from the first operating voltage. The same applies analogously to the operating current strengths. In a special embodiment, the first stator coils are designed to be operated at a first operating voltage and at a first operating current. Analogously, the second stator coils are designed to be operated at a second operating voltage and at a second operating current.
Es ist auch möglich, dass der erste Elektromotor für eine erste Betriebsspannung ausgelegt, die über 350 Volt, insbesondere 400 Volt oder 800 Volt, beträgt, während der zweite Elektromotor ist für eine zweite Betriebsspannung ausgelegt ist, die unter 100 Volt, insbesondere 48 Volt oder 12 Volt oder ein Vielfaches von 12 Volt, beträgt.It is also possible that the first electric motor is designed for a first operating voltage that is above 350 volts, in particular 400 volts or 800 volts, while the second electric motor is designed for a second operating voltage that is below 100 volts, in particular 48 volts or 12 volts or a multiple of 12 volts.
Die Betriebsspannung kann insbesondere eine Gleichspannung sein. Bei einer besonderen Ausführung ist die Betriebsspannung eine Zwischenkreisspannung, die in einem Zwischenkreis anliegt, wobei dem Zwischenkreis ein Ausgangsstromrichter, insbesondere ein Frequenzumrichter, nachgeschaltet ist, an den die Statorspulen angeschlossen sind. Dem Zwischenkreis kann ein Eingangsstromrichter vorgeschaltet sein, der die Zwischenkreisspannung (beispielsweise durch Gleichrichten einer Wechselspannung) insbesondere einer netzgebundenen Wechselspannung, bereitstellt. Alternativ kann die Zwischenkreisspannung von einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Batterie oder einer wiederaufladbaren Batterie, bereitgestellt sein.The operating voltage can in particular be a direct voltage. In a special embodiment, the operating voltage is an intermediate circuit voltage that is present in an intermediate circuit, with an output converter, in particular a frequency converter, being connected downstream of the intermediate circuit tet to which the stator coils are connected. An input converter can be connected upstream of the intermediate circuit, which provides the intermediate circuit voltage (for example by rectifying an alternating voltage), in particular a grid-connected alternating voltage. Alternatively, the intermediate circuit voltage can be provided by an electrical energy storage device, in particular a battery or a rechargeable battery.
Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die ersten Statorspulen in eine erste elektrische Schaltung integriert, während die zweiten Statorspulen in eine von der ersten elektrischen Schaltung separate und/oder unabhängige zweite elektrische Schaltung integriert sind. Die erste elektrische Schaltung kann beispielsweise eine Sternschaltung oder eine Dreiecksschaltung sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die zweite elektrische Schaltung eine Sternschaltung oder eine Dreiecksschaltung ist. Insbesondere ist es nicht zwingend erforderlich aber vorteilhaft möglich, dass die elektrischen Schaltungen unterschiedlicher Elektromotore von demselben Schaltungstypus sind. Im Falle von Sternschaltungen können die erste Schaltung und die zweite Schaltung vorteilhaft einen gemeinsamen Sternpunkt aufweisen. Allerdings sind auch getrennte Sternpunkte möglich.In an advantageous embodiment, the first stator coils are integrated into a first electrical circuit, while the second stator coils are integrated into a second electrical circuit that is separate and/or independent of the first electrical circuit. The first electrical circuit can be, for example, a star connection or a delta connection. Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that the second electrical circuit is a star connection or a delta connection. In particular, it is not absolutely necessary but is advantageously possible for the electrical circuits of different electric motors to be of the same circuit type. In the case of star connections, the first circuit and the second circuit can advantageously have a common star point. However, separate star points are also possible.
Vorzugsweise sind die erste elektrischen Schaltung und die zweite elektrische Schaltung derart ausgebildet, dass sie unabhängig voneinander betrieben werden können. Dies hat den ganz besonderen Vorteil, dass ein Ausfall eines der Elektromotore und/oder ein Ausfall der dem Elektromotor zugeordneten elektrischen Schaltung keinen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des (bzw. der) übrigen Elektromotore haben. Allerdings kann insbesondere für einen Simultanbetrieb des ersten und des zweiten Elektromotors vorgesehen sein, dass (beispielsweise durch eine Kopplung der ersten und zweiten Schaltung) die Ansteuerung des ersten Elektromotors synchron oder zeitversetzt synchron zur Ansteuerung des zweiten Elektromotors erfolgt. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Ansteuersignale zumindest hinsichtlich der Frequenz und der Phasenlagen für beide (und ggf. weitere) Elektromotore (abgesehen von einem Zeitversatz) gleich sind. Auf diese Weise ist ganz besonders gut gewährleistet, dass sich die Elektromotore bei einem gleichzeitigen Betrieb oder beim Umschalten von einem Elektromotor auf den anderen Elektromotor bei einem sequentiellen Betrieb nicht gegenseitig nachteilig beeinflussen.Preferably, the first electrical circuit and the second electrical circuit are designed such that they can be operated independently of one another. This has the very particular advantage that a failure of one of the electric motors and/or a failure of the electrical circuit assigned to the electric motor has no influence on the functionality of the remaining electric motor(s). However, in particular for simultaneous operation of the first and second electric motors, it can be provided that (for example by coupling the first and second circuits) the control of the first electric motor takes place synchronously or with a time delay in synchronism with the control of the second electric motor. In particular, it can advantageously be provided that the control signals are the same (apart from a time offset) at least with regard to the frequency and the phase positions for both (and possibly further) electric motors. In this way, it is particularly well ensured that the electric motors do not adversely affect each other during simultaneous operation or when switching from one electric motor to the other electric motor during sequential operation.
Vorzugsweise ist der Rotor durch ausschließliches Bestromen der ersten Statorspulen zur Rotation antreibbar. Vorzugsweise ist der Rotor außerdem durch ausschließliches Bestromen der zweiten Statorspulen zur Rotation antreibbar.Preferably, the rotor can be driven to rotate by exclusively energizing the first stator coils. Preferably, the rotor can also be driven to rotate by exclusively energizing the second stator coils.
Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Rotor durch gleichzeitiges Bestromen der ersten Statorspulen und der zweiten Statorspulen zur Rotation antreibbar ist. Ein simultanes Bestromen der ersten Statorspulen und der zweiten Statorspulen, insbesondere aller Statorspulen (falls dritte, vierte ... Statorspulen vorhanden sind), hat den Vorteil, dass das Elektromotorsystem eine höhere Ausgangsleistung aufweist.Alternatively or additionally, it can advantageously be provided that the rotor can be driven to rotate by simultaneously energizing the first stator coils and the second stator coils. Simultaneous energization of the first stator coils and the second stator coils, in particular all stator coils (if third, fourth... stator coils are present), has the advantage that the electric motor system has a higher output power.
Der erste Elektromotor kann vorteilhaft als bürstenloser Gleichstrommotor oder als permanent erregter Synchronmotor ausgebildet sein. Auch der zweite Elektromotor kann vorteilhaft als bürstenloser Gleichstrommotor oder als permanent erregter Synchronmotor ausgebildet sein.The first electric motor can advantageously be designed as a brushless direct current motor or as a permanently excited synchronous motor. The second electric motor can also advantageously be designed as a brushless direct current motor or as a permanently excited synchronous motor.
Bei einer besonderen Ausführung sind der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor als Mehrphasenmotor, insbesondere als Dreiphasenmotor, ausgebildet. Hierbei kann zur Erzielung einer hohen Effizienz im gemeinsamen Betrieb vorteilhaft vorgesehen sein, dass jede der ersten Statorspulen einer der Phasen zugordnet ist und dass jeder der zweiten Statorspulen einer der Phasen zugordnet ist, wobei die Zuordnung der Phasen der ersten Statorspulen zu der Zuordnung der Phasen der zweiten Statorspulen drehversetzt ist.In a special embodiment, the first electric motor and the second electric motor are designed as a multi-phase motor, in particular as a three-phase motor. In order to achieve high efficiency in joint operation, it can advantageously be provided that each of the first stator coils is assigned to one of the phases and that each of the second stator coils is assigned to one of the phases, the assignment of the phases of the first stator coils being related to the assignment of the phases of the second stator coils is rotationally offset.
Ganz besonders vorteilhaft ist ein Antriebssystem, das ein erfindungsgemäßes Elektromotorsystem und eine elektronische Steuerungsvorrichtung aufweist. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung eine erste Antriebselektronik, die die Bestromung der ersten Statorspulen steuert, und/oder eine zweite Antriebselektronik, die die Bestromung der zweiten Statorspulen steuert, aufweisen. Die Steuerungsvorrichtung kann mehrere, insbesondere redundante, Antriebselektroniken beinhalten, von denen jede dazu ausgebildet ist, die ersten und zweiten (und dritten, vierten ...) Statorspulen zu bestromen. Die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, wenigstens eine Betriebsgröße des ersten und/oder zweiten (oder dritten, vierten ...) Elektromotors, insbesondere die Drehzahl und/oder das Drehmoment und/oder eine elektrische Stromstärke und/oder eine elektrische Betriebsspannung und/oder eine Frequenz, zu steuern oder zu regeln.A drive system that has an electric motor system according to the invention and an electronic control device is particularly advantageous. In particular, the control device can have a first drive electronics, which controls the energization of the first stator coils, and/or a second drive electronics, which controls the energization of the second stator coils. The control device can contain several, in particular redundant, drive electronics, each of which is designed to energize the first and second (and third, fourth...) stator coils. The control device can in particular be designed to control at least one operating variable of the first and/or second (or third, fourth...) electric motor, in particular the speed and/or the torque and/or an electrical current intensity and/or an electrical operating voltage and/or or a frequency, to control or regulate.
Insbesondere für ein simultanes Bestromen der ersten Statorspulen und der zweiten Statorspulen (insbesondere aller Statorspulen) kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Antriebselektroniken miteinander synchronisierbar sind. Hierzu kann die Antriebselektronik eine Synchronisierungsschaltung beinhalten. Auch bei einer solchen Ausführung kann jedoch vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Elektromotorsystem unter Verwendung nur eines Elektromotors weiter betrieben werden kann, wenn bei dem anderen Elektromotor und/oder dessen Antriebselektronik ein Fehler auftritt.In particular, for simultaneous energization of the first stator coils and the second stator coils (in particular all stator coils), it can advantageously be provided that the drive electronics can be synchronized with one another. For this purpose, the drive electronics can contain a synchronization circuit. Even with such an embodiment, however, it can advantageously be provided that the electric motor system can continue to be operated using only one electric motor if An error occurs in the other electric motor and/or its drive electronics.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung den jeweiligen Elektromotor (oder alle Elektromotore des Elektromotorsystems) mittels Pulsbreitenmodulation steuert oder regelt. Eine solche Ausführung erlaubt eine präzise Steuerung bzw. Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmomentes. Bei einer Steuerung bzw. Regelung eines Elektromotors mittels Pulsbreitenmodulation sind insbesondere das Tastverhältnis und die Trägerfrequenz von besonderer Relevanz. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung den jeweiligen Elektromotor mittels Pulsbreitenmodulation mit einer Trägerfrequenz im Bereich von 4 kHz bis 150 kHz, insbesondere im Bereich von 20 kHz bis 100 kHz oder 20 kHz bis 70 kHz, steuert oder regelt. Diese Trägerfrequenzen haben insbesondere den ganz besonderen Vorteil, dass ein hoher Wirkungsgrad und/oder hohe Drehzahlen realisiert werden können. Darüber hinaus besteht ein besonderer Vorteil dieser vergleichsweise hohen Trägerfrequenzen darin, dass kompakte Abmessungen möglich sind, ohne dass es bei hohen Stromstärken zu einer übermäßigen Erwärmung kommt. In ganz besonders vorteilhafter Weise sind durch die genannten Trägerfrequenzen außerdem laute Motorengeräusche vermieden oder zumindest in einen für einen Menschen nicht hörbaren Frequenzbereich verschoben.In particular, it can advantageously be provided that the control device controls or regulates the respective electric motor (or all electric motors of the electric motor system) by means of pulse width modulation. Such a design allows precise control or regulation of the speed and/or torque. When controlling or regulating an electric motor using pulse width modulation, the duty cycle and the carrier frequency are of particular relevance. In particular, it can advantageously be provided that the control device controls or regulates the respective electric motor by means of pulse width modulation with a carrier frequency in the range from 4 kHz to 150 kHz, in particular in the range from 20 kHz to 100 kHz or 20 kHz to 70 kHz. These carrier frequencies have the very special advantage that high efficiency and/or high speeds can be achieved. In addition, a particular advantage of these comparatively high carrier frequencies is that compact dimensions are possible without excessive heating occurring at high current intensities. In a particularly advantageous manner, the carrier frequencies mentioned also avoid loud engine noises or at least shift them into a frequency range that is inaudible to a person.
Das erfindungsgemäße Elektromotorsystem und das erfindungsgemäße Antriebssystem können ganz besonders vorteilhaft in Systemen zur Anwendung kommen, in denen ein vielseitiger und zuverlässiger Antrieb einer Komponente erforderlich ist. Insbesondere ist eine Verwendung in sicherheitsrelevanten Systemen, insbesondere bei sicherheitsrelevanten Fahrzeugsystemen, wie beispielsweise bei Lenkungen, aktiven Fahrwerken oder Robotern, besonders vorteilhaft.The electric motor system according to the invention and the drive system according to the invention can be used particularly advantageously in systems in which a versatile and reliable drive of a component is required. In particular, use in safety-relevant systems, in particular in safety-relevant vehicle systems, such as steering systems, active chassis or robots, is particularly advantageous.
Insoweit ist eine Lenkung, insbesondere eine PKW-Lenkung oder eine LKW-Lenkung, besonders vorteilhaft, die wenigstens ein erfindungsgemäßes Elektromotorsystem oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem aufweist. Bei der Lenkung kann es sich beispielsweise um eine Servolenkung und/oder eine Überlagerungslenkung und/oder eine Steer-by-Wire-Lenkung handeln. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems oder eines erfindungsgemäßen Antriebssystems in einer Lenkung ist besonders vorteilhaft, weil bei einem Fahrzeug ein sehr hohes Sicherheitsniveau erforderlich ist, um ein plötzliches Totalversagen der Lenkung ausschließen zu können. Außerdem kann für unterschiedliche Fahrsituationen angepasst ein Betrieb mit dem ersten Elektromotor oder ein Betrieb mit dem zweiten Elektromotor oder mit beiden Elektromotoren ausgewählt werden. Hierbei ist es im Hinblick auf eine große Flexibilität besonders Vorteilhaft, wenn der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor unterschiedlich ausgebildet sind.In this respect, a steering system, in particular a car steering system or a truck steering system, which has at least one electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention, is particularly advantageous. The steering can be, for example, power steering and/or superimposed steering and/or steer-by-wire steering. The use of an electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention in a steering system is particularly advantageous because a very high level of safety is required in a vehicle in order to be able to rule out a sudden total failure of the steering system. In addition, operation with the first electric motor or operation with the second electric motor or with both electric motors can be selected for different driving situations. With regard to great flexibility, it is particularly advantageous if the first electric motor and the second electric motor are designed differently.
Ganz besonders vorteilhaft ist auch ein Fahrwerk, das wenigstens ein erfindungsgemäßes Elektromotorsystem oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem aufweist. Bei dem Fahrwerk kann es sich insbesondere um ein aktives Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug handeln. Das aktive Fahrwerk kann insbesondere zur Nickstabilisation und/oder zur Wankstabilisation und/oder zur Höhenverstellung einer Fahrzeugkarosserie relativ zu den Rädern ausgebildet sein. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems oder eines erfindungsgemäßen Antriebssystems in einem aktiven Fahrwerk ist besonders vorteilhaft, weil bei einem Fahrzeug ein sehr hohes Sicherheitsniveau erforderlich ist, um ein plötzliches und gefährliches Totalversagen während der Fahrt ausschließen zu können. Außerdem kann für unterschiedliche Fahrsituationen angepasst ein Betrieb mit dem ersten Elektromotor oder ein Betrieb mit dem zweiten Elektromotor oder mit beiden Elektromotoren ausgewählt werden. Hierbei ist es im Hinblick auf eine große Flexibilität besonders Vorteilhaft, wenn der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor unterschiedlich ausgebildet sind.A chassis that has at least one electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention is also particularly advantageous. The chassis can in particular be an active chassis for a motor vehicle. The active chassis can be designed in particular for pitch stabilization and/or for roll stabilization and/or for height adjustment of a vehicle body relative to the wheels. The use of an electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention in an active chassis is particularly advantageous because a very high level of safety is required in a vehicle in order to be able to rule out a sudden and dangerous total failure while driving. In addition, operation with the first electric motor or operation with the second electric motor or with both electric motors can be selected for different driving situations. With regard to great flexibility, it is particularly advantageous if the first electric motor and the second electric motor are designed differently.
Ganz besonders vorteilhaft ist auch ein Roboter, insbesondere Industrieroboter, der wenigstens ein erfindungsgemäßes Elektromotorsystem oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem beinhaltet. Insbesondere können das erfindungsgemäße Elektromotorsystem oder das erfindungsgemäße Antriebssystem vorteilhaft Bestandteil eines Robotergelenks sein. Das Robotergelenk kann insbesondere in der Weise ausgebildet sein, dass es zwei Träger eines Roboterarms beweglich, insbesondere drehbeweglich oder schwenkbeweglich, miteinander verbindet, wobei eine Bewegung der Träger relativ zueinander mittels des erfindungsgemäßen Elektromotorsystems oder des erfindungsgemäßen Antriebssystems gesteuert oder geregelt werden kann. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems oder eines erfindungsgemäßen Antriebssystems in einem Roboter bzw. Robotergelenk ist besonders vorteilhaft, weil bei einem Roboter ein sehr hohes Sicherheitsniveau erforderlich ist, um ein plötzliches und gefährliches Totalversagen, insbesondere während der Ausführung einer Bewegung, zuverlässig ausschließen zu können. Außerdem kann an unterschiedliche Anwendungssituationen des Roboters angepasst wahlweise ein Betrieb mit dem ersten Elektromotor oder ein Betrieb mit dem zweiten Elektromotor oder mit beiden Elektromotoren ausgewählt werden. Hierbei ist es im Hinblick auf eine große Flexibilität besonders vorteilhaft, wenn der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor unterschiedlich ausgebildet sind.A robot, in particular an industrial robot, which contains at least one electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention is also particularly advantageous. In particular, the electric motor system according to the invention or the drive system according to the invention can advantageously be part of a robot joint. The robot joint can in particular be designed in such a way that it connects two carriers of a robot arm to one another in a movable manner, in particular in a rotationally movable or pivoting manner, wherein a movement of the carriers relative to one another can be controlled or regulated by means of the electric motor system according to the invention or the drive system according to the invention. The use of an electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention in a robot or robot joint is particularly advantageous because a very high level of safety is required in a robot in order to be able to reliably rule out a sudden and dangerous total failure, especially during the execution of a movement. In addition, operation with the first electric motor or operation with the second electric motor or with both electric motors can be selected, adapted to different application situations of the robot. In terms of great flexibility, it is particularly advantageous if the first electric motor and the second electric motor are designed differently.
Ganz besonders vorteilhaft ist auch ein Flugzeug, insbesondere ein Fly-by-Wire-Flugzeug, das wenigstens ein erfindungsgemäßes Elektromotorsystem oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem beinhaltet. Das erfindungsgemäße Elektromotorsystem oder das erfindungsgemäße Antriebssystem können insbesondere zur Steuerung oder Regelung der Stellung eines Ruders oder einer Klappe zum Einsatz kommen. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotors oder eines erfindungsgemäßen Antriebssystems in einem Flugzeug ist besonders vorteilhaft, weil bei einem Flugzeug ein sehr hohes Sicherheitsniveau erforderlich ist, um ein plötzliches und gefährliches Totalversagen, insbesondere während des Fluges, zuverlässig ausschließen zu können. Außerdem kann an unterschiedliche Flugsituationen angepasst entweder ein Betrieb mit dem ersten Elektromotor oder ein Betrieb mit dem zweiten Elektromotor oder ein Betrieb mit beiden Elektromotoren ausgewählt werden. Hierbei ist es im Hinblick auf eine große Flexibilität besonders Vorteilhaft, wenn der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor unterschiedlich ausgebildet sind.An aircraft, in particular a fly-by-wire aircraft, which contains at least one electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention is also particularly advantageous. The electric motor system according to the invention or the drive system according to the invention can be used in particular to control or regulate the position of a rudder or a flap. The use of an electric motor according to the invention or a drive system according to the invention in an aircraft is particularly advantageous because a very high level of safety is required in an aircraft in order to be able to reliably rule out a sudden and dangerous total failure, especially during flight. In addition, either operation with the first electric motor or operation with the second electric motor or operation with both electric motors can be selected, adapted to different flight situations. With regard to great flexibility, it is particularly advantageous if the first electric motor and the second electric motor are designed differently.
Ganz besonders vorteilhaft ist auch ein Fahrzeug, insbesondere Baumaschinenfahrzeug, das wenigstens ein erfindungsgemäßes Elektromotorsystem oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem aufweist. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems oder eines erfindungsgemäßen Antriebssystems in einem Fahrzeug ist besonders vorteilhaft, weil bei einem Fahrzeug ein sehr hohes Sicherheitsniveau erforderlich ist, um ein plötzliches und gefährliches Totalversagen während der Fahrt ausschließen zu können. Außerdem kann für unterschiedliche Fahrsituationen angepasst ein Betrieb mit dem ersten Elektromotor oder ein Betrieb mit dem zweiten Elektromotor oder ein Betrieb mit beiden Elektromotoren ausgewählt werden. Hierbei ist es im Hinblick auf eine große Flexibilität besonders Vorteilhaft, wenn der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor unterschiedlich ausgebildet sind. Das Fahrzeug kann vorteilhaft mehrere erfindungsgemäße Elektromotorsysteme aufweisen, wobei die Elektromotorsysteme unterschiedliche Antriebsräder und/oder unterschiedliche Antriebsachsen des Fahrzeuges antreiben.A vehicle, in particular a construction machinery vehicle, which has at least one electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention is also particularly advantageous. The use of an electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention in a vehicle is particularly advantageous because a vehicle requires a very high level of safety in order to be able to rule out a sudden and dangerous total failure while driving. In addition, operation with the first electric motor or operation with the second electric motor or operation with both electric motors can be selected for different driving situations. With regard to great flexibility, it is particularly advantageous if the first electric motor and the second electric motor are designed differently. The vehicle can advantageously have several electric motor systems according to the invention, the electric motor systems driving different drive wheels and/or different drive axles of the vehicle.
Ganz besonders vorteilhaft ist auch eine Baumaschine, die wenigstens ein erfindungsgemäßes Elektromotorsystem oder ein erfindungsgemäßes Antriebssystem aufweist. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems oder eines erfindungsgemäßen Antriebssystems in einer Baumaschine ist besonders vorteilhaft, weil bei Baumaschinen ein sehr hohes Sicherheitsniveau erforderlich ist, um ein plötzliches und gefährliches Totalversagen während des Betriebs ausschließen zu können. Außerdem kann für unterschiedliche Anwendungssituationen angepasst ein Betrieb mit entweder dem ersten Elektromotor oder ein Betrieb mit dem zweiten Elektromotor oder ein Betrieb mit beiden Elektromotoren ausgewählt werden. Hierbei ist es im Hinblick auf eine große Flexibilität besonders Vorteilhaft, wenn der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor unterschiedlich ausgebildet sind.A construction machine that has at least one electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention is also particularly advantageous. The use of an electric motor system according to the invention or a drive system according to the invention in a construction machine is particularly advantageous because a very high level of safety is required in construction machines in order to be able to exclude a sudden and dangerous total failure during operation. In addition, operation with either the first electric motor or operation with the second electric motor or operation with both electric motors can be selected for different application situations. With regard to great flexibility, it is particularly advantageous if the first electric motor and the second electric motor are designed differently.
Das erfindungsgemäße Elektromotorsystem kann vorteilhaft in einem Umkehrbetrieb, bei dem der Rotor von außen relativ zu dem Stator zur Rotation angetrieben wird, als Generatorsystem verwendet werden. Auch hierbei bietet das erfindungsgemäße Elektromotorsystem den Vorteil einer Redundanz und/oder der individuellen Ausnutzbarkeit von unterschiedlichen Eigenschaften des ersten und zweiten Elektromotors und/oder der gleichzeitigen Einsetzbarkeit des ersten und des zweiten Elektromotors.The electric motor system according to the invention can advantageously be used as a generator system in a reversal operation in which the rotor is driven to rotate from the outside relative to the stator. Here too, the electric motor system according to the invention offers the advantage of redundancy and/or the individual utilization of different properties of the first and second electric motors and/or the simultaneous use of the first and second electric motors.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems, -
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems, -
3 eine Detailansicht einer Anschlussbaugruppe eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems, -
4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems ohne eine Darstellung der Anschlussbaugruppe, -
5 ein Ausführungsbeispiel eines Elektroblechs für einen geblechten Statorkern eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems in der Draufsicht, -
6 ein Ausführungsbeispiel eines geblechten Statorkerns eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems in einer Seitenansicht, -
7 ein Statorkernsegment eines Ausführungsbeispiels eines Statorkerns eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems in einer perspektivischen Ansicht, -
8 ein Ausführungsbeispiel eines Ausführungsbeispiels eines Statorkerns eines erfindungsgemäßen Elektromotorsystems in einer perspektivischen Ansicht, und -
9 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems.
-
1 a first exemplary embodiment of an electric motor system according to the invention, -
2 a second embodiment of an electric motor system according to the invention, -
3 a detailed view of a connection assembly of an electric motor system according to the invention, -
4 a third exemplary embodiment of an electric motor system according to the invention without a representation of the connection assembly, -
5 an exemplary embodiment of an electrical sheet for a laminated stator core of an electric motor system according to the invention in a top view, -
6 an embodiment of a laminated stator core of an electric motor system according to the invention in a side view, -
7 a stator core segment of an exemplary embodiment of a stator core of an electric motor system according to the invention in a perspective view, -
8th an embodiment of an embodiment of a stator core of an electric motor system according to the invention in a perspective view, and -
9 an embodiment of a drive system according to the invention.
Das Elektromotorsystem 1 beinhaltet einen ersten Elektromotor, der erste Statorspulen 2 aufweist, und beinhaltet außerdem einen zweiten Elektromotor, der zweite Statorspulen 3 aufweist. Der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor weisen denselben permanentmagnetischen (in dieser Figur nicht dargestellten) Rotor 4 auf. Der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor weisen außerdem denselben Statorkern 5 auf, der die ersten und zweiten Statorspulen 2, 3 trägt.The
Das Elektromotorsystem 1 beinhaltet außerdem eine einstückige Anschlussbaugruppe 6, die mehrere voneinander elektrisch isolierte erste und zweite Stromschienen 7, 8 aufweist, wobei an jede der Stromschienen 7, 8 wenigstens zwei der ersten Statorspulen 2 oder wenigstens zwei der zweiten Statorspulen 3 elektrisch leitend angeschlossen sind. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in die Figur nur eine der ersten Stromschienen 7 und nur eine der zweiten Stromschienen 8 eingezeichnet.The
An jede der ersten Stromschienen 7 sind wenigstens zwei der ersten Statorspulen 2 elektrisch leitend angeschlossen. An jede der zweiten Stromschienen 8 sind wenigstens zwei der zweiten Statorspulen 3 elektrisch leitend angeschlossen.At least two of the first stator coils 2 are electrically connected to each of the
Vorzugsweise ist jeder der Elektromotore als Dreiphasenmotor ausgebildet, wobei jeweils vier Stromschienen 7, 8 (also insgesamt acht Stromschienen) vorhanden sein können, nämlich jeweils drei für die drei Phasen und jeweils eine für den Sternpunkt. In der
Die einstückige Baugruppe 6 weist eine aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellte Einhausung 9 auf, die die ersten und zweiten Stromschienen 7, 8 einhaust.The one-
Die Einhausung 9 weist mehrere voneinander beabstandete Öffnungen 10 auf, durch die erste elektrisch leitende Anschlusselemente 11 verlaufen, von denen jedes über eine der ersten Stromschienen 7 elektrisch leitend mit wenigstens einer der ersten Statorspulen 2 verbunden ist.The
Die Einhausung 9 weist außerdem mehrere voneinander beabstandete Öffnungen 10 auf, durch die zweite elektrisch leitende Anschlusselemente 12 verlaufen, von denen jedes über eine der zweiten Stromschienen 8 elektrisch leitend mit wenigstens einer der zweiten Statorspulen 3 verbunden ist.The
Die Einhausung 9 weist eine Deckelwandung 13 auf, die sich in radialer Richtung erstreckt und die senkrecht zur Axialrichtung 14 angeordnet ist. Die Einhausung 9 weist außerdem einen an der Deckelwandung 13 angeordneten Rohrabschnitt 15 auf.The
Die Öffnungen 10, durch die die elektrisch leitenden Anschlusselemente 11, 12 verlaufen, können sich vorteilhaft in axialer Richtung erstrecken.The
Das Elektromotorsystem 1 beinhaltet einen ersten Elektromotor, der erste Statorspulen 2 aufweist, und beinhaltet außerdem einen zweiten Elektromotor, der zweite Statorspulen 3 aufweist. Der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor weisen denselben permanentmagnetischen (in dieser Figur nicht dargestellten) Rotor 4 auf. Der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor weisen außerdem denselben Statorkern 5 auf, der die ersten und zweiten Statorspulen 2, 3 trägt.The
Das Elektromotorsystem 1 beinhaltet außerdem eine einstückige Anschlussbaugruppe 6, die mehrere voneinander elektrisch isolierte erste Stromschienen 7 aufweist, wobei an jede der ersten Stromschienen 7 wenigstens zwei der ersten Statorspulen 2 elektrisch leitend angeschlossen sind. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in die Figur nur zwei der ersten Stromschienen 7 eingezeichnet.The
Die einstückige Baugruppe 6 weist eine aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellte Einhausung 9 auf, die die ersten Stromschienen 7 einhaust.The one-
Die Einhausung 9 weist mehrere voneinander beabstandete Öffnungen 10 auf, durch die erste elektrisch leitenden Anschlusselemente 11 verlaufen, von denen jedes über eine der ersten Stromschienen 7 elektrisch leitend mit wenigstens einer der ersten Statorspulen 2 verbunden ist.The
Die Einhausung 9 weist eine Deckelwandung 13 auf, die sich in radialer Richtung erstreckt und die senkrecht zur Axialrichtung 14 angeordnet ist. Die Einhausung 9 weist außerdem einen an der Deckelwandung 13 angeordneten Rohrabschnitt 15 auf.The
Die Öffnungen 10, durch die die ersten elektrisch leitenden Anschlusselemente 11 verlaufen, können sich vorteilhaft in axialer Richtung erstrecken.The
Das Elektromotorsystem 1 beinhaltet außerdem eine weitere einstückige Anschlussbaugruppe 16, die ringförmig ausgebildet ist und die mehrere voneinander elektrisch isolierte zweite Stromschienen 8 aufweist, wobei an jede der zweiten Stromschienen 8 wenigstens zwei der zweiten Statorspulen 3 elektrisch leitend angeschlossen sind. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in die Figur nur zwei der zweiten Stromschienen 8 eingezeichnet.The
Die weitere einstückige Baugruppe 16 weist eine aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellte weitere Einhausung 17 auf, die die zweiten Stromschienen 8 einhaust.The further one-
Die weitere Einhausung 17 weist mehrere voneinander beabstandete Öffnungen 10 auf, durch die zweite elektrisch leitenden Anschlusselemente 12 verlaufen, von denen jedes über eine der zweiten Stromschienen 8 elektrisch leitend mit wenigstens einer der zweiten Statorspulen 3 verbunden ist.The further housing 17 has a plurality of spaced-apart
Die weitere Einhausung 17 weist eine weitere Deckelwandung 18 auf, die sich in radialer Richtung erstreckt und die senkrecht zur Axialrichtung 14 angeordnet ist. Die weitere Einhausung 17 weist außerdem einen an der Deckelwandung 18 angeordneten weiteren Rohrabschnitt 19 auf.The further housing 17 has a
Die Öffnungen 10, durch die die zweiten elektrisch leitenden Anschlusselemente 12 verlaufen, können sich vorteilhaft in axialer Richtung erstrecken.The
Vorzugsweise ist jeder der Elektromotore als Dreiphasenmotor ausgebildet, wobei jeweils vier Stromschienen (also insgesamt acht Stromschienen) vorhanden sein können, nämlich jeweils drei für die drei Phasen und jeweils eine für den Sternpunkt. In der
Die Anschlussbaugruppe 6 weist zwischen den Öffnungen 10 angeordnete Abschirmwände 20 aus einem elektrisch nicht leitenden Material auf. Die Abschirmwände 20 ragen u.a. in dieselbe Richtung, wie die jeweils benachbarten elektrisch leitenden Anschlusselemente 11, 12. Die Abschirmwände 20 stehen in axialer und radialer Richtung über die elektrisch leitenden Anschlusselemente 8, 10 vor.The
Die Abschirmwände 20 sind senkrecht zur Deckelwandung 13 und radial zu einem Rohrabschnitt 15 angeordnet.The shielding
Der Statorkern 5 weist bei diesem Ausführungsbeispiel sechs erste Wickelzähne 22 und sechs zweite Wickelzähne 23 auf.In this exemplary embodiment, the
Der erste Elektromotor ist als Dreiphasenmotor ausgebildet, wobei jeweils zwei um 180 Grad gegenüberliegenden ersten Statorspulen 2 (paarweise) dieselbe Phase U1, V1 und W1 zugeordnet ist. Die ersten Statorspulen 2 derselben Phase U1, V1, W1 können in Reihe oder parallel geschaltet sein. Der zweite Elektromotor ist ebenfalls als Dreiphasenmotor ausgebildet, wobei jeweils zwei um 180 Grad gegenüberliegenden zweiten Statorspulen 3 dieselbe Phase U2, V2 und W2 zugeordnet sind. Die zweiten Statorspulen 3 derselben Phase können in Reihe oder parallel geschaltet sein. Die Zuordnung der Phasen der ersten Statorspulen 2 ist zu der Zuordnung der Phasen der zweiten Statorspulen 3 im Uhrzeigersinn um 30 Grad (360 Grad dividiert durch 12, nämlich die Anzahl der ersten und zweiten Wickelzähne) drehversetzt. Die erforderlichen elektrischen Verbindungen der Statorspulen 2, 3 können vorteilhaft durch (nicht dargestellte) Stromschienen 7, 8 hergestellt sein, wobei insbesondere vorteilhaft vorgesehen sein kann, dass die ersten Stromschienen 7 des ersten Elektromotors und die zweiten Stromschienen 8 des zweiten Elektromotors räumlich getrennt auf unterschiedlichen axialen Seiten des Statorkerns 5 angeordnet sind. Es ist allerdings auch möglich, dass die ersten Stromschienen 7 des ersten Elektromotors und die zweiten Stromschienen 8 des zweiten Elektromotors auf derselben axialen Stirnseite des Statorkerns 5 angeordnet sind.The first electric motor is designed as a three-phase motor, with the same phase U1, V1 and W1 being assigned to two first stator coils 2 (in pairs) that are 180 degrees opposite each other. The first stator coils 2 of the same phase U1, V1, W1 can be connected in series or in parallel. The second electric motor is also designed as a three-phase motor, with two second stator coils 3 that are 180 degrees opposite each other being assigned the same phase U2, V2 and W2. The second stator coils 3 of the same phase can be connected in series or in parallel. The assignment of the phases of the first stator coils 2 is offset from the assignment of the phases of the second stator coils 3 clockwise by 30 degrees (360 degrees divided by 12, namely the number of first and second winding teeth). The required electrical connections of the stator coils 2, 3 can advantageously be made by
Das Elektroblech 24 weist erste Abschnitte 25 auf, die dazu bestimmt sind, Bestandteil der ersten Wickelzähne 22 zu sein. Das Elektroblech 24 weist außerdem zweite Abschnitte 26 auf, die dazu bestimmt sind, Bestandteil der zweiten Wickelzähne 23 zu sein. Das Elektroblech 24 weist darüber hinaus einen ringförmigen Abschnitt 27 auf, an dessen Innenumfang die ersten Abschnitte 25 und zweiten Abschnitte 26 umlaufend abwechselnd angeordnet sind.The
Das Elektroblech 24 ist einstückig, beispielsweise durch einen Stanzvorgang, hergestellt. Das Elektroblech 24 ist mit einem elektrischen isolierenden Isoliermittel überzogen.The
Das Trägerelement 30 weist mehrere Befestigungselemente 31 auf, die als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind und die dazu dienen, das Statorkernsegment 28 mit einem weiteren Statorkernsegment 30 und mit einer Trennvorrichtung 32 zu verbinden.The
Das dargestellte Statorkernsegment 28 könnte ohne weiteres auch komplizierter ausgebildet sein und/oder eine größere Anzahl von Wickelzähnen 29 aufweisen. Allerdings ist das dargestellte Ausführungsbeispiel besonders übersichtlich, um eine Grundidee der Erfindung zu illustrieren.The
Das weitere Statorkernsegment 33 weist zwei radial ausgerichtete weitere Wickelzähne 35 auf, auf die jeweils wenigstens eine Statorspule 2, 3 gewickelt werden kann. Das weitere Statorkernsegment 33 weist außerdem ein weiteres Trägerelement 36 auf, an dem die weiteren Wickelzähne 35 angeordnet sind. Das weitere Trägerelement 36 ist als Ring ausgebildet. Die weiteren Wickelzähne 35 sind axial länger als das weitere Trägerelement 36. Konkret sind die weiteren Wickelzähne 35 axial etwas mehr als doppelt so lang wie das als Ring ausgebildete weitere Trägerelement 36.The further
Die elektrisch isolierende Trennvorrichtung 32 ist axial zwischen dem Statorkernsegment 28 und dem weiteren Statorkernsegment 33 angeordnet.The electrically insulating
Das weitere Trägerelement 36 weist mehrere weitere Befestigungselemente 37 auf, die als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind und die dazu dienen, das weitere Statorkernsegment 33 mit dem Statorkernsegment 28 und mit der Trennvorrichtung 32 zu verbinden. Die als Durchgangsbohrungen ausgebildeten Befestigungselemente 31 und die als Durchgangsbohrungen ausgebildeten weiteren Befestigungselemente 37 fluchten miteinander, so dass sie mittels eines zusätzlichen (nicht dargestellten) Befestigungselements, beispielsweise mittels hindurch verlaufenden Schrauben oder mit hindurch verlaufenden Bolzen, miteinander verbunden werden können.The
Die axiale Mittelachse des Statorkerns 5 definiert eine Rotationsachse 34 für einen (in den
Jede der Antriebselektroniken 39, 40 weist einen Eingangsstromrichter 41, einen Zwischenkreis 42 und einen Ausgangsstromrichter 43 auf. An einen der Ausgangsstromrichter 43, der jeweils mehrere Transistorgruppen beinhaltet, sind die ersten Statorspulen 2 des Elektromotorsystems 1 angeschlossen. An den anderen der Ausgangsstromrichter 43, der jeweils mehrere Transistorgruppen beinhaltet, sind die zweiten Statorspulen 3 des Elektromotorsystems 1 angeschlossen.Each of the
In dem Zwischenkreis 42 liegt eine Zwischenkreisspannung 44 an, die bei diesem Ausführungsbeispiel die Betriebsspannung ist.An
Jede der Antriebselektroniken 39, 40 weist eine Transistorgruppensteuerung 45 zur Steuerung des Ausgangsstromrichters 43 auf.Each of the
Die Transistorgruppensteuerungen 45 sind über eine Synchronisationsleitung 46 miteinander verbunden und zueinander synchronisiert.The transistor group controls 45 are connected to one another via a
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- ElektromotorsystemElectric motor system
- 22
- erste Statorspulefirst stator coil
- 33
- zweite Statorspulesecond stator coil
- 44
- Rotorrotor
- 55
- StatorkernStator core
- 66
- AnschlussbaugruppeConnection assembly
- 77
- erste Stromschienefirst busbar
- 88th
- zweite Stromschienesecond busbar
- 99
- EinhausungEnclosure
- 1010
- Öffnungopening
- 1111
- erste elektrisch leitendes Anschlusselementfirst electrically conductive connection element
- 1212
- zweite elektrisch leitendes Anschlusselementsecond electrically conductive connection element
- 1313
- DeckelwandungLid wall
- 1414
- AxialrichtungAxial direction
- 1515
- Rohrabschnittpipe section
- 1616
- weitere einstückige Anschlussbaugruppeanother one-piece connection assembly
- 1717
- weitere Einhausungfurther enclosure
- 1818
- weitere Deckelwandungfurther cover wall
- 1919
- weiterer Rohrabschnittanother pipe section
- 2020
- Abschirmwandscreening wall
- 2121
- PermanentmagnetPermanent magnet
- 2222
- erster Wickelzahnfirst winding tooth
- 2323
- zweiter Wickelzahnsecond winding tooth
- 2424
- ElektroblechElectrical sheet metal
- 2525
- erster Abschnittfirst section
- 2626
- zweiter Abschnittsecond part
- 2727
- ringförmiger Abschnittannular section
- 2828
- StatorkernsegmentStator core segment
- 2929
- Wickelzahnwinding tooth
- 3030
- TrägerelementSupport element
- 3131
- Befestigungselementfastener
- 3232
- TrennvorrichtungSeparating device
- 3333
- weiteres Statorkernsegmentanother stator core segment
- 3434
- RotationsachseAxis of rotation
- 3535
- weiterer Wickelzahnanother winding tooth
- 3636
- weiteres Trägerelementfurther support element
- 3737
- weiteres Befestigungselementanother fastener
- 3838
- SteuerungsvorrichtungControl device
- 3939
- erste Antriebselektronikfirst drive electronics
- 4040
- zweite Antriebselektroniksecond drive electronics
- 4141
- EingangsstromrichterInput power converter
- 4242
- Zwischenkreisintermediate circuit
- 4343
- AusgangsstromrichterOutput converter
- 4444
- ZwischenkreisspannungDC link voltage
- 4545
- TransistorgruppensteuerungTransistor group control
- 4646
- SynchronisationsleitungSynchronization line
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102015120373 A1 [0002]DE 102015120373 A1 [0002]
- DE 3140034 C2 [0003]DE 3140034 C2 [0003]
Claims (17)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102022113734.1A DE102022113734A1 (en) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | Electric motor system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022113734.1A DE102022113734A1 (en) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | Electric motor system |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|---|
DE3140034C2 (en) | 1980-10-28 | 1983-12-29 | Kollmorgen Technologies Corp., 75201 Dallas, Tex. | Brushless DC machine |
DE102015120373A1 (en) | 2014-11-26 | 2016-06-02 | Johnson Electric S.A. | Brushless DC motor and electric power steering system |
-
2022
- 2022-05-31 DE DE102022113734.1A patent/DE102022113734A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3140034C2 (en) | 1980-10-28 | 1983-12-29 | Kollmorgen Technologies Corp., 75201 Dallas, Tex. | Brushless DC machine |
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