DE102022119291A1

DE102022119291A1 - Integrierte Axialflussmotoranordnungen, die Planetenradsätze enthalten

Info

Publication number: DE102022119291A1
Application number: DE102022119291.1A
Authority: DE
Inventors: Chengwu Duan; Zhen Gao; Jian Yao
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2023-09-07
Also published as: CN116742890A; US20230283145A1

Abstract

Ein Axialflussmotor enthält: einen ringförmigen Stator, einen ringförmigen Rotor und einen Planetenradsatz. Der ringförmige Stator enthält einen Statorkern und Segmente, die an dem Statorkern angeordnet sind, wobei jedes der Segmente einen geblechten Stapel und Wicklungen, die um den geblechten Stapel gewickelt sind, enthält. Der ringförmige Rotor definiert einen offenen Innenbereich und enthält einen Körper und Permanentmagneten, die an dem Körper benachbart zu und beabstandet von den Segmenten angeordnet sind. Der Planetenradsatz ist innerhalb des offenen Innenbereichs angeordnet und dafür konfiguriert, ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor zu empfangen und ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereitzustellen.

Description

EINLEITUNG
Die in diesem Abschnitt gegebenen Informationen dienen der allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der vorliegend genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Abschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen können, sind weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung betrifft Axialflussmotoranordnungen.
Elektromotoren wandeln elektrische Energie durch die Erzeugung eines Drehmoments in mechanische Arbeit um, während Elektrogeneratoren mechanische Arbeit in elektrische Energie umwandeln. Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge nutzen für die Fortbewegung und zum Erfassen von Bremsenergie Elektromotoren/Elektrogeneratoren wie etwa Induktions- und Permanentmagnetmotoren/Induktions- und Permanentmagnetgeneratoren. Obwohl hier hauptsächlich auf Motoren Bezug genommen ist, sind die hier beschriebenen Prinzipien ebenfalls auf Generatoren anwendbar.
Ein Elektromotor kann einen Rotor und einen Stator enthalten. Der Rotor enthält Permanentmagneten und dreht sich relativ zu dem Stator. Der Rotor ist durch einen Luftspalt von dem Stator getrennt. Der Stator enthält Leiter in Form von Drahtwicklungen. Wenn durch die Drahtwicklungen elektrischer Strom geleitet wird, wird ein Magnetfeld mit einem zugeordneten Magnetfluss erzeugt. Im Ergebnis dessen, dass das Magnetfeld auf die Permanentmagneten des Rotors wirkt, wird über den Luftspalt Leistung übertragen. Im Ergebnis wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt, um den Rotor zu drehen. In einem Elektrofahrzeug kann der Rotor verwendet werden, um über eine sich drehende Welle, die durch einen Zahnradsatz mit dem Rotor verbunden ist, ein Drehmoment zu übertragen, um Antriebsräder des Fahrzeugs anzutreiben.
Zwei Typen von Elektromotoren sind Radialflussmotoren und Axialflussmotoren. In einem Radialflussmotor befinden sich der Rotor und der Stator üblicherweise in einer konzentrischen oder verschachtelten Konfiguration, sodass ein Magnetfluss erzeugt wird, der radial von dem Stator zu dem Rotor verläuft, wenn der Stator unter Strom gesetzt ist. Leitfähige Wicklungen des Stators sind üblicherweise parallel zu einer Drehachse angeordnet, sodass ein Magnetfeld erzeugt wird, das in einer Radialrichtung von der Drehachse entlang der Rotorwelle orientiert ist. In einem Axialflussmotor wird durch die elektrisch leitfähigen Drahtwicklungen des entsprechenden Stators ein Magnetfeld parallel zu einer Drehachse erzeugt. Der in dem Axialflussmotor erzeugte Magnetfluss verläuft parallel zu einer Drehachse der Rotorwelle. Axialflussmotoren neigen dazu, kleiner, leichter als Axialflussmotoren zu sein und mehr Leistung zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Axialflussmotor offenbart, der enthält: einen ringförmigen Stator, der einen Statorkern und Segmente, die an dem Statorkern angeordnet sind, enthält, wobei jedes der Segmente einen geblechten Stapel und Wicklungen, die um den geblechten Stapel gewickelt sind, enthält; einen ringförmigen Rotor, der einen offenen Innenbereich definiert und einen Körper und Permanentmagneten, die an dem Körper benachbart zu und beabstandet von den Segmenten angeordnet sind, enthält; und einen Planetenradsatz, der innerhalb des offenen Innenbereichs angeordnet ist und dafür konfiguriert ist, ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor zu empfangen und ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereitzustellen.
Gemäß anderen Merkmalen ist ein Verhältnis zwischen einem Innendurchmesser des ringförmigen Stators und einem Außendurchmesser des ringförmigen Stators größer als 0,6.
Gemäß anderen Merkmalen ist ein Verhältnis zwischen einem Innendurchmesser des ringförmigen Rotors und einem Außendurchmesser des ringförmigen Rotors größer als 0,6.
Gemäß anderen Merkmalen weist jeder der geblechten Stapel geblechte Schichten auf. Die geblechten Schichten wenigstens eines der geblechten Stapel weisen dieselben Dimensionen auf; und/oder ein radialer Querschnitt eines oder mehrerer der geblechten Stapel ist rechteckförmig.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Axialflussmotor ferner ein Gehäuse, das einen Käfig enthält, der dafür konfiguriert ist, den Stator relativ zu dem Gehäuse an einem festen Ort zu halten.
Gemäß anderen Merkmalen enthält jede Schicht der geblechten Stapel 3,2 %-igen Siliciumstahl.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist an einem Gehäuse des Axialflussmotors befestigt und/oder damit verbunden. Die Planetenräder sind dafür konfiguriert, sich um das Sonnenrad zu drehen, und sind über einen Träger und Lager mit einer Ausgangswelle gekoppelt. Das Hohlrad ist mit dem Rotor gekoppelt.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Axialflussmotor ferner ein Gehäuse, eine Bremse und eine Kupplung. Der Planetenradsatz enthält ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist über die Bremse mit dem Gehäuse verbunden und ist über die Kupplung mit einer Ausgangswelle verbunden. Die Planetenräder sind dafür konfiguriert, sich um das Sonnenrad zu drehen, und sind über einen Träger und Lager mit der Ausgangswelle gekoppelt. Das Hohlrad ist mit dem Rotor gekoppelt.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist mit einer Ausgangswelle verbunden. Die Planetenräder sind dafür konfiguriert, sich um das Sonnenrad zu drehen, und sind über einen Träger und Lager mit dem Rotor gekoppelt. Das Hohlrad ist an einem Gehäuse des Axialflussmotors befestigt und/oder damit verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Axialflussmotor ferner ein Gehäuse, eine Bremse und eine Kupplung. Der Planetenradsatz enthält ein Sonnenrad, die Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist mit einer Ausgangswelle verbunden und ist über die Kupplung und Lager mit den Planetenrädern verbunden. Die Planetenräder sind dafür konfiguriert, sich um das Sonnenrad zu drehen, und sind über einen Träger und die Lager mit dem Rotor gekoppelt. Das Hohlrad ist über die Bremse mit einem Gehäuse des Axialflussmotors verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist an einem Gehäuse des Axialflussmotors befestigt oder damit verbunden. Die Planetenräder sind dafür konfiguriert, sich um das Sonnenrad zu drehen, und sind über einen ersten Träger und Lager mit dem Rotor gekoppelt. Das Hohlrad ist über einen zweiten Träger mit einer Ausgangswelle verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Axialflussmotor ferner ein Gehäuse, eine Bremse und eine Kupplung. Der Planetenradsatz enthält ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist über die Bremse mit einem Gehäuse des Axialflussmotors verbunden und ist über die Kupplung mit einem ersten Träger verbunden. Die Planetenräder sind dafür konfiguriert, sich um das Sonnenrad zu drehen, und sind über einen zweiten Träger und Lager mit dem Rotor gekoppelt. Das Hohlrad ist über einen dritten Träger mit einer Ausgangswelle verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen wird ein Axialflussmotor offenbart und enthält er: einen ringförmigen Stator, der Segmente enthält, die einen ersten offenen Innenbereich definieren; einen ringförmigen Rotor, der einen zweiten offenen Innenbereich definiert und Permanentmagneten enthält, die benachbart zu und beabstandet von den Segmenten sind, wobei der ringförmige Rotor dafür konfiguriert ist, sich um eine Mittelachse, die durch eine Mitte des ersten offenen Innenbereichs und des zweiten offenen Innenbereichs verläuft, zu drehen; und einen Planetenradsatz, der innerhalb des offenen Innenbereichs angeordnet ist und dafür konfiguriert ist, ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor zu empfangen und ein Ausgangsdrehmoment, das höher als das Eingangsdrehmoment ist, bereitzustellen.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist an einem Gehäuse des Axialflussmotors befestigt. Das Hohlrad ist mit einer Ausgangswelle verbunden und stellt das Ausgangsdrehmoment bereit.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Hohlrad ist an einem Gehäuse des Axialflussmotors befestigt. Das Sonnenrad ist mit einer Ausgangswelle verbunden und stellt das Ausgangsdrehmoment bereit.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad oder das Hohlrad ist über eine Bremse mit einem Gehäuse des Axialflussmotors verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad oder das Hohlrad ist über eine Kupplung mit einer Ausgangswelle verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Hohlrad oder die Planetenräder sind mit dem Rotor gekoppelt.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist über eine Kupplung mit den Planetenrädern verbunden.
Gemäß anderen Merkmalen enthält der Planetenradsatz ein Sonnenrad, Planetenräder und ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist über einen Verbinder mit einer Bremse oder mit einem Gehäuse des Axialflussmotors verbunden. Die Planetenräder sind über einen Träger, der sich um den Verbinder dreht, mit dem Rotor gekoppelt.
Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der ausführlichen Beschreibung, aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen hervor. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur zu Veranschaulichungszwecken bestimmt und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen; es zeigen:

1A eine vordere Stirnansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Axialflussmotoranordnung, der einen Ein-Gang-Planetenradsatz gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
1 B eine seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts der Axialflussmotoranordnung aus 1A;
2 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Stators, eines beispielhaften Rotors und eines beispielhaften Planetenradsatzes einer Axialflussmotoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Axialflussmotoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4A eine vordere Stirnansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Axialflussmotoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Zwei-Gang-Planetenradsatz mit einem Hohlrad, das an einem Rotor befestigt ist, enthält;
4B eine seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts der Axialflussmotoranordnung aus 4A;
5A eine vordere Stirnansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Axialflussmotoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Ein-Gang-Planetenradsatz mit einem Träger, der an einem Rotor befestigt ist, und mit einem Sonnenrad, das ein Motorausgangsdrehmoment bereitstellt, enthält;
5B eine seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts der Axialflussmotoranordnung aus 5A;
6A eine vordere Stirnansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Axialflussmotoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Zwei-Gang-Planetenradsatz mit einem Träger, der an einem Rotor befestigt ist, und mit einem Sonnenrad, das ein Motorausgangsdrehmoment bereitstellt, enthält;
6B eine seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts der Axialflussmotoranordnung aus 6A;
7A eine vordere Stirnansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Axialflussmotoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Ein-Gang-Planetenradsatz mit einem Träger, der an einem Rotor befestigt ist, und mit einem Hohlrad, das ein Motorausgangsdrehmoment bereitstellt, enthält;
7B eine seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts der Axialflussmotoranordnung aus 7A;
8A eine vordere Stirnansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Axialflussmotoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung, der einen Zwei-Gang-Planetenradsatz mit einem Träger, der an einem Rotor befestigt ist, und mit einem Hohlrad, das ein Motorausgangsdrehmoment bereitstellt, enthält;
8B eine seitliche Querschnittsansicht des Abschnitts der Axialflussmotoranordnung aus 8A;
9 eine Draufsicht eines Abschnitts eines Fahrzeugs, das Axialflussmotoranordnungen gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält; und
10 einen Funktionsblockschaltplan eines Fahrzeugsystems, das Axialflussmotoranordnungen gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen mehrfach verwendet werden, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu identifizieren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Axialflussmotor kann einen Stator und einen oder mehrere Rotoren enthalten. Der Stator kann einen Statorkern enthalten, der Statorkernsegmente (hier als „Segmente“ bezeichnet) enthält, um die elektrisch leitfähigen Wicklungen (oder ein gewundener leitfähiger Draht) gewickelt sind. Die Statorkernsegmente können teilweise oder ausschließlich aus einer Stahllegierung gebildet sein. Die Segmente können trapezförmig sein und wenigstens teilweise aus weichmagnetischem Verbundmaterial (SMC-Material) und/oder aus einem ferromagnetischen Material gebildet sein.
Die aus SMC-Material gebildeten Segmente können Oberflächen aufweisen, die mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt sind. Das SMC-Material kann in Form eines SMC-Pulvers sein und kann ein Eisenpulver enthalten, das feine Teilchen aufweist, die in der Lage sind, unter Verwendung einer Presse in eine vorgegebene Form geformt zu werden. Die Teilchen können mit einem isolierenden Material beschichtet sein. Der durch die Presse eingeführte Druck veranlasst, dass sich die Teilchen miteinander verbinden. Diese Pulver werden mittels Pressen oder Verdichtung verdichtet, um weichmagnetische Komponenten zu bilden. Aus SMC-Material gebildete Statoren neigen dazu, hohe Wirbelstromverluste zu zeigen.
Segmente eines Stators können aus geblechten Schichten eines magnetischen Materials, das jeweils ein ferromagnetisches Material wie etwa Magnetstahl enthält, gebildet sein. Das ferromagnetische Material jeder der Schichten kann durch isolierende Beschichtungen von jeder anderen isoliert sein. Als ein Beispiel kann jede der Schichten eine Magnetmaterialschicht enthalten, die mit einem isolierenden und/oder dielektrischen Material beschichtet ist. Zwischen zwei benachbarten Magnetmaterialschichten ist ein isolierendes Material angeordnet. Die geblechten Schichten können geblechte Stahlbleche sein, die während eines Herstellungsprozesses gestapelt, gepresst, gestanzt, geglüht und/oder aneinandergehaftet werden, um einen geblechten Statorkernzahn zu bilden. Wenn mehrere geblechte Statorkernzähne zusammengesetzt sind, stellen die Zähne magnetisierbare Pole bereit.
Hybridsegmente enthalten sowohl SMC-Material als auch geblechte gestapelte Magnetstahlschichten, die als geblechte geschichtete Blöcke bezeichnet werden. Je mehr geblechten Inhalt jedes Segment aufweist, desto kleiner ist der Kernverlust und desto besser ist der Wirkungsgrad des Motors. Statoren, die Hybridsegmente enthalten, können Segmente mit dreieckförmigen Querschnittsabschnitten (oder dreieckförmigen Stirnansichten) enthalten. Üblicherweise weisen die Statoren ein niedriges Innendurchmesser-Außendurchmesser-Verhältnis (ID-OD-Verhältnis) (z. B. kleiner als 0,6) auf.
Segmente, die geblechte Stapel mit dreieckförmigen Querschnitten (oder dreieckförmigen Stirnansichten) enthalten, neigen dazu, schwierig und teuer herzustellen sein, da die Größen der Schichten jedes Segments von dem Innendurchmesser zu dem Außendurchmesser zunehmen. Die innerste Schicht weist den kleinsten Oberflächeninhalt auf und die äußerste Schicht weist den größten Oberflächeninhalt auf. Ein Segment kann hunderte geblechte Schichten enthalten, die von dem Innendurchmesser bis zu dem Außendurchmesser gestapelt sind.
Die hier dargelegten Beispiele enthalten Axialflussmotoranordnungen, die (i) Axialflussmotoren mit ringförmigen Motoren und Statoren, die große Innendurchmesser-Außendurchmesser-Verhältnisse (z. B. größer als 0,6) aufweisen, und (ii) integrierte Planetenradsätze enthalten. Die Rotoren weisen große Innendurchmesser auf, die innen angebrachte Planetenradsätze aufnehmen können, die im Vergleich zu herkömmlichen Axialflussmotoren ohne Planetenradsätze ein erhöhtes Ausgangsdrehmoment bereitstellen können. Die Aufnahme der Planetenradsätze ermöglicht, dass die Größen der Permanentmagneten verringert sind, was ermöglicht, dass die Innendurchmesser-Außendurchmesser-Verhältnisse der Rotoren erhöht sind. Außerdem ist es möglich, dass die Größen der Segmente der Statoren verringert sind, und können die Formen der Querschnitte (oder Stirnansichten) der Segmente rechteckig oder quadratisch sein. Die Schichten jedes der Segmente weisen dieselbe Größe und Form auf, was die Herstellungskosten senkt. Gemäß einer Ausführungsform weisen alle Schichten aller Segmente des Stators dieselbe Längen-, Breiten- und Tiefendimension auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen einige der Segmente des Stators dieselbe Längen-, Breiten- und Tiefendimension auf.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Stator geschaffen, der ein oder mehrere erste Segmente und ein oder mehrere zweite Segmente enthält. Das eine oder die mehreren ersten Segmente weisen Schichten mit denselben Längen-, Breiten- und Tiefendimensionen auf. Das eine oder die mehreren zweiten Segmente weisen Schichten mit denselben Längen-, Breiten- und Tiefendimensionen auf. Die Dimensionen des einen oder der mehreren ersten Segmente weisen Schichten mit anderen Dimensionen als ein oder mehrere zweite Segmente auf.
Die Beispiele enthalten Ein-Gang- und Zwei-Gang-Ausführungsformen. Die Ein-Gang-Ausführungsformen enthalten ein festes Sonnenrad oder feste Planetenräder. Die Zwei-Gang-Ausführungsformen enthalten Kupplungen und Bremsen, um verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen.
Die 1A-1B zeigen einen Abschnitt 100 einer Axialflussmotoranordnung, der einen Ein-Gang-Planetenradsatz 102 enthält, der innerhalb eines offenen Innenbereichs eines Rotors 104 implementiert ist. Der Rotor 104 enthält einen ringartigen (oder ringförmigen) Körper 106 und Permanentmagneten 108, die an dem ringartigen Körper 106 angebracht sind. Der Planetenradsatz 102 empfängt ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor 104 und stellt ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereit. Der Planetenradsatz 102 enthält ein Sonnenrad 110, Planetenräder (z. B. drei Planetenräder) 112 und ein Hohlrad 114.
Das Sonnenrad 110 ist in diesem Beispiel z. B. über einen Verbinder 122 an einem Gehäuse 120 befestigt. Die Planetenräder 112 drehen sich an Lagern 123 und um das Sonnenrad 110. Die Planetenräder 112 enthalten radial nach außen verlaufende Zähne, die mit radial nach außen verlaufenden Zähnen des Sonnenrads 110 in Eingriff sind. Ein Träger 124 ist an den Planetenrädern 112 angebracht und enthält einen Ausgang 126, der auf der Grundlage des durch den Planetenradsatz 102 bereitgestellten Übersetzungsverhältnisses ein Drehmoment ausgibt. Das Verhältnis ist die Drehzahl des Rotors 104 relativ zu der Drehzahl des Trägers 124 und des Ausgangs 126. Gemäß dem gezeigten Beispiel enthält der Träger 124 einen Ring, der mit den Lagern 123 der Planetenräder 112 verbunden ist.
Das Hohlrad 114 ist mit dem Rotor 104 gekoppelt und dreht sich um die Planetenräder 112 und um das Sonnenrad 110. Das Hohlrad 114 weist nach innen verlaufende Zähne auf, die mit den Zähnen der Planetenräder 112 in Eingriff sind. Das Hohlrad 114 kann an dem Rotor 104 starr befestigt und/oder einteilig als Teil davon gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das Hohlrad 114 über eine Keilprofilverbindung und/oder Zähne mit dem Rotor 104 gekoppelt. Das Hohlrad 114 dreht sich mit derselben Drehzahl wie der Rotor 104.
Der Rotor 104 weist einen Innendurchmesser ID und einen Außendurchmesser OD auf. Das Verhältnis des Innendurchmessers zu dem Außendurchmesser ist größer als 0,6. Gemäß einer Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen 0,6 und 0,9 (oder größer als 0,6 und kleiner oder gleich 0,9). Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen 0,7 und 0,9 ± 0,05. Die anderen hier offenbarten Rotoren können dieselben oder ähnliche Innendurchmesser-Außendurchmesser-Verhältnisse aufweisen.
2 zeigt einen beispielhaften Stator 200, einen beispielhaften Rotor 202 und einen beispielhaften Planetenradsatz 204 einer Axialflussmotoranordnung. Der Rotor 202 definiert einen ersten offenen Innenbereich 205, in dem der Planetenradsatz 204 angeordnet ist. Der Planetenradsatz 204 enthält ein Hohlrad 206, Planetenräder 208 und ein Sonnenrad 210. Die Lager (in 2 nicht gezeigt) der Planetenräder 208 sind über einen Träger 212 verbunden. Obwohl der Planetenradsatz 204 mit vier Planetenrädern gezeigt ist, kann der Planetenradsatz eine andere Anzahl von Planetenrädern (z. B. drei Planetenräder) enthalten. In 2-3 sind der Rotor 202, das Hohlrad 206, die Planetenräder 208 und das Sonnenrad 210 nicht mit Zähnen gezeigt. Wie für diese Ausführungsform und andere hier offenbarte Ausführungsformen weiter beschrieben ist, kann allerdings jedes dieser Räder Zähne aufweisen. Das Hohlrad 206 kann, wie gezeigt ist, als Teil des Körpers des Rotors 202 einteilig gebildet sein oder kann mit dem Körper des Rotors 202 verbunden sein. Der Rotor 202 enthält Permanentmagneten 220.
Der Stator 200 enthält Segmente 230, die einen zweiten offenen Innenbereich 231 definieren und geblechte Stapel 232 und Drähte 234, die um die geblechten Stapel 232 gewickelt sind, enthalten. Um jeden der geblechten Stapel 232 sind zahlreiche Wicklungen gewickelt. Jeder der geblechten Stapel enthält mehrere geblechte Schichten, wobei einige der Schichten eines der geblechten Stapel mit 236 bezeichnet sind. Gemäß dem gezeigten Beispiel weisen die Schichten jedes der geblechten Stapel 232 dieselben Dimensionen auf. Gemäß einer Ausführungsform weisen alle der Schichten der geblechten Stapel 232 dieselben Dimensionen auf. Die Seiten der geblechten Stapel 232 können quadratisch oder rechteckförmig sein. Die Wicklungen definieren quadratische oder rechteckförmige Bereiche, die durch die geblechten Stapel 232 gefüllt sind. Es ist ein quadratischer Kasten 238 gezeigt, um die Quadratform eines der geblechten Stapel 232 als ein Beispiel hervorzuheben. Die Permanentmagneten 220 können ebenfalls quadratisch oder rechteckförmig sein und können dieselben oder ähnliche radiale Außenquerschnittsdimensionen wie die geblechten Stapel 232 und/oder die Segmente 230 aufweisen.
Obwohl die geblechten Stapel 232 als mit denselben Dimensionen gezeigt sind, können sie unterschiedliche Dimensionen aufweisen. Jede der Schichten der geblechten Stapel 232 kann aus Siliciumstahl (z. B. 6,5 %-iger Siliciumstahl oder 3,2 %-iger Siliciumstahl) gebildet sein. 6,5 %-iger Siliciumstahl enthält bis zu 6,5 % Silicium und 93,5 % oder mehr Eisen. 3,2 %-iger Siliciumstahl enthält bis zu 3,2 % Silicium und 96,8 % oder mehr Eisen. Die Prozentsätze können sich auf Masseprozentsätze oder auf Masse/Volumen-Prozentsätze beziehen.
Der Stator 200 weist einen Innendurchmesser ID und einen Außendurchmesser OD auf. Das Verhältnis des Innendurchmessers zu dem Außendurchmesser ist größer als 0,6. Gemäß einer Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen 0,6 und 0,9 (oder größer als 0,6 und kleiner oder gleich 0,9). Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen 0,7 und 0,9, ± 0,05. Die anderen hier offenbarten Rotoren können dieselben oder ähnliche Innendurchmesser-Außendurchmesser-Verhältnisse aufweisen.
3 zeigt einen Abschnitt 300 einer Axialflussmotoranordnung, der einen Stator 302 und Rotoren 304, 306, die sich innerhalb eines Gehäuses 308 befinden, enthält. Der Stator 302 kann ähnlich wie der Stator 200 aus 2 konfiguriert sein. Die Rotoren 304, 306 können ähnlich wie der Rotor 202 aus 2 konfiguriert sein. Innerhalb eines der Rotoren 304, 306 kann ein Planetenradsatz 310 implementiert sein. Der Planetenradsatz 310 enthält ein Sonnenrad 312, Planetenräder 314 und ein Hohlrad 316. Die Lager (in 3 nicht gezeigt) der Planetenräder 314 können mit einem Träger 318 verbunden sein. Der Planetenradsatz 310 kann ähnlich wie irgendeiner der hier offenbarten Planetenradsätze konfiguriert sein. Wie in 3 gezeigt ist, kann das Sonnenrad 312 über eine Ausgangswelle 320 ein Ausgangsdrehmoment bereitstellen.
Das Gehäuse 308 kann radial nach innen verlaufende Flansche 330 enthalten, zwischen denen der Stator 302 an seiner Stelle gehalten ist. Die Flansche 330 können zusammen als ein Käfig bezeichnet werden und können, wie gezeigt ist, Öffnungen aufweisen, in denen geblechte Stapel 332 in Eingriff sind und an ihrer Stelle arretiert sind. Die Rotoren 306 enthalten Permanentmagneten 340, die zwischen (i) ringartigen Körpern 342 der Rotoren 306 und (ii) dem Stator 302 angeordnet sind.
Die hier offenbarten Beispiele sind auf einen Axialflussmotor dieses Stils und auf andere Axialflussmotoren anwendbar. Obwohl zwei Rotoren gezeigt sind, kann ein Axialflussmotor z. B. einen oder mehrere Rotoren enthalten. Beide der Rotoren 306 sind ringartig mit einer mittig angeordneten Öffnung 350 geformt. Der Planetenradsatz 310 ist in der Öffnung angeordnet und die Ausgangswelle 320 definiert eine Drehachse 352, um die sich die Rotoren 306, die Hohlräder 316, die Planetenräder 314 und/oder das Sonnenrad 312 drehen. Die Drehachse 352 kann entlang einer Längsmittellinie der Ausgangswelle 320 verlaufen und/oder sie enthalten.
Der Stator 302 ist relativ zu dem Gehäuse 308 befestigt und feststehend, während sich die Rotoren 306 während des Betriebs mit der Ausgangswelle 320 drehen. Zwischen (i) den Permanentmagneten 340 und (ii) den geblechten Stapeln 332 und den Flanschen 330 ist ein Luftspalt vorhanden.
Obwohl gezeigt ist, dass der Axialflussmotor einen einzigen mittigen Stator 302 und zwei externe Rotoren 306 aufweist, sind die hier offenbarten Beispiele ebenfalls auf andere Konfigurationen anwendbar. Einige beispielhafte Axialflussmotorkonfigurationen enthalten (i) zwei Statoren und einen einzigen Rotor oder (ii) einen einzelnen Stator und zwei oder mehr Rotoren. Die Axialflussmotoren können jeweilige Gehäuse enthalten und die entsprechenden Rotoren, Statoren und Wellen können innerhalb der Gehäuse angeordnet sein. Die Gehäuse können an einem Fahrzeugrahmen befestigt sein und die Welle kann mit einer oder mehreren Achsen, mit einem Zahnradgetriebe (z. B. einem Untersetzungszahnradgetriebe), mit einer anderen Welle usw. eines entsprechenden Fahrzeugs gekoppelt sein.
Der Stator 302 enthält eine Statorkern, der Statorkernsegmente (hier als „Segmente“ bezeichnet) enthält, um die elektrisch leitfähige Wicklungen (oder gewundener leitfähiger Draht) gewickelt sind. Die Wicklungen sind elektrisch leitfähig und können Kupfer, Kupferlegierungen und/oder andere leitfähige Materialien enthalten. Die elektrisch leitfähigen Wicklungen sind dafür konfiguriert, ein Magnetfeld zu erzeugen, wenn Strom angelegt ist, um mit Magnetfeldern der Permanentmagneten 340 zusammenzuwirken. Verschiedene Gebiete des Stators 302 können wahlweise unter Strom gesetzt werden, um den Rotoren 306 eine Drehkraft zu erteilen, die veranlasst, dass sich die Rotoren 306 in Bezug auf die Drehachse 352 drehen.
Der Axialflussmotor stellt eine hohe Drehmomentausgabe bereit und ist somit auf Anwendungen mit hohem Drehmoment, einschließlich zur Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, anwendbar. Gemäß einer derartigen Variante kann ein Gehäuse, das den Motor einschließt, an dem Fahrzeugrahmen angebracht sein und kann wenigstens ein Ausgang von einem Ende der Ausgangswelle 320 mit einem Untersetzungszahnradgetriebe oder direkt mit Fahrzeugantriebsrädern gekoppelt sein.
Die 4A-4B zeigen einen Abschnitt 400 einer Axialflussmotoranordnung, der ähnlich dem Abschnitt 100 aus 1 ist. Die Axialflussmotoranordnung enthält einen Zwei-Gang-Planetenradsatz 402, der innerhalb eines offenen Innenbereichs eines Rotors 404 implementiert ist. Der Rotor 404 enthält einen ringartigen (oder ringförmigen) Körper 406 und Permanentmagneten 408, die an dem ringartigen Körper 406 angebracht sind. Der Planetenradsatz 402 empfängt ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor 404 und stellt ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereit. Der Planetenradsatz 402 enthält ein Sonnenrad 410, Planetenräder (z. B. drei Planetenräder) 412 und ein Hohlrad 414. Das Hohlrad 414 ist an dem Rotor 404 befestigt.
Das Sonnenrad 410 ist mit einer Bremse B1 verbunden, die wiederum mit einem Gehäuse 420 verbunden ist. Außerdem ist das Sonnenrad 410 über eine Kupplung C1 mit dem Ausgang 426 verbunden. Das Sonnenrad 410 dreht sich an einem Lager 421. Die Planetenräder 412 drehen sich an Lagern 423 und um das Sonnenrad 110. Die Planetenräder 112 enthalten radial nach außen verlaufende Zähne, die mit radial nach außen verlaufenden Zähnen des Sonnenrads 410 in Eingriff sind. Ein Träger 424 ist an den Lagern 423 der Planetenräder 412 befestigt und enthält einen Ausgang 426, der auf der Grundlage des durch die Planetenradsätze 402 bereitgestellten Übersetzungsverhältnisses ein Drehmoment ausgibt. Das Verhältnis ist die Drehzahl des Rotors 404 relativ zu der Drehzahl des Trägers 424 und des Ausgangs 426. Gemäß dem gezeigten Beispiel enthält der Träger 424 einen Ring, der mit den Lagern 423 der Planetenräder 412 verbunden ist.
Das Hohlrad 414 ist mit dem Rotor 404 gekoppelt und dreht sich um die Planetenräder 412 und das Sonnenrad 410. Das Hohlrad 414 weist nach innen verlaufende Zähne auf, die mit den Zähnen der Planetenräder 412 in Eingriff sind. Das Hohlrad 414 kann an dem Rotor 404 starr befestigt und/oder einteilig als ein Teil davon gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das Hohlrad 414 über eine Keilprofilverbindung und/oder Zähne mit dem Rotor 404 gekoppelt. Das Hohlrad 414 dreht sich mit einer selben Drehzahl wie der Rotor 404. Tabelle 1 - Zustände für den Planetenradsatz aus Fig. 4.

C1 B1

1. Gang X

2. Gang X
Tabelle 1 identifiziert zwei Zustände des Planetenradsatzes 402, die durch Einrücken der Bremse B1 oder der Kupplung C1 bereitgestellt werden. Entweder die Bremse B1 oder die Kupplung C1 ist eingerückt, aber nicht beide. Wenn die Bremse B1 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 402 in einem ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis. Wenn die Bremse B1 vollständig eingerückt ist, ist das Sonnenrad 410 an dem Gehäuse 420 befestigt. Das erste Zahnrad ist einem Bereich mit niedriger Drehzahl und hohem Ausgangsdrehmoment zugeordnet. Wenn die Kupplung C1 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 402 in einem zweiten Gang mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis. Wenn die Kupplung C1 vollständig eingerückt ist, ist das Lager 421 des Sonnenrads 410 an dem Träger 424 und an dem Ausgang 426 befestigt. Der zweite Gang ist höheren Drehzahlen und niedrigeren Ausgangsdrehmomenten als der erste Gang zugeordnet.
Die Bremse B1 kann eine Bremse vom binären Typ sein. Die Kupplung C1 kann eine Kupplung vom binären Typ, eine verlustfreie Kupplung, eine Reibscheibenkupplung und/oder eine Klauenkupplung sein. Eine binäre Kupplung bezieht sich auf eine Kupplung, die entweder vollständig ausgerückt oder vollständig eingerückt ist. Eine Reibscheibenkupplung bezieht sie auf eine Kupplung, die eine unbegrenzte Variabilität der Drehzahl aufweist und die Drehzahl synchronisieren kann, bevor sie vollständig eingerückt wird. Die anderen Bremsen und Kupplungen, auf die hier Bezug genommen ist, können ähnlich wie die Bremse B1 und die Kupplung C1 konfiguriert sein.
Die 5A-5B zeigen einen Abschnitt 500 einer Axialflussmotoranordnung, der einen Ein-Gang-Planetenradsatz 502 enthält, der mit einem offenen Innenbereich eines Rotors 504 implementiert ist. Der Rotor 504 enthält einen ringartigen (oder ringförmigen) Körper 506 und Permanentmagneten 508, die an dem ringartigen Körper 506 angebracht sind. Der Planetenradsatz 502 empfängt ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor 504 und stellt ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereit. Der Planetenradsatz 502 enthält ein Sonnenrad 510, Planetenräder (z. B. drei Planetenräder) 512 und ein Hohlrad 514.
In diesem Beispiel ist das Sonnenrad 510 an einer Ausgangswelle 526 befestigt und wird es durch die Planetenräder 512 an einem Lager 521 gedreht, um ein Ausgangsdrehmoment bereitzustellen. Das Hohlrad 514 ist über einen zweiten Träger 522 an einem Gehäuse 520 befestigt. Die Planetenräder 512 drehen sich an Lagern 523 und um das Sonnenrad 510. Die Planetenräder 512 enthalten radial nach außen verlaufende Zähne, die mit radial nach außen verlaufenden Zähnen des Sonnenrads 510 in Eingriff sind. Ein Träger 524 ist mit den Lagern 523 der Planetenräder 512 verbunden und an dem Rotor 504 befestigt. Gemäß dem gezeigten Beispiel enthält der Träger 524 einen Ring, der mit den Lagern 523 der Planetenräder 512 verbunden ist. Der Träger 524 kann in zwei Teilen sein; einem ersten Teil, der den Rotor 504 mit dem Planetenrädern 512 verbindet, und einem zweiten Teil, der die Planetenräder 512 mit der Kupplung C1 verbindet. Der Planetenradsatz 502 stellt ein Übersetzungsverhältnis bereit, das die Drehzahl des Rotors 504 relativ zu der Drehzahl des Trägers 524 und der Ausgangswelle 526 ist.
Das Hohlrad 514 ist nicht mit dem Rotor 504 gekoppelt und dreht sich nicht um die Planetenräder 512 und das Sonnenrad 510. Das Hohlrad 514 weist nach innen verlaufende Zähne auf, die mit den Zähnen der Planetenräder 512 in Eingriff sind.
Die 6A-6B zeigen einen Abschnitt 600 einer Axialflussmotoranordnung, der ähnlich dem Abschnitt 500 aus 5 ist. Die Axialflussmotoranordnung enthält einen Zwei-Gang-Planetenradsatz 602, der mit einem offenen Innenbereich eines Rotors 604 implementiert ist. Der Rotor 604 enthält einen ringartigen (oder ringförmigen) Körper 606 und Permanentmagneten 608, die an dem ringartigen Körper 606 angebracht sind. Der Planetenradsatz 602 empfängt von dem Rotor 604 ein Eingangsdrehmoment und stellt ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereit. Der Planetenradsatz 602 enthält ein Sonnenrad 610, Planetenräder (z. B. drei Planetenräder) 612 und ein Hohlrad 614.
Gemäß diesem Beispiel ist das Sonnenrad 610 an einer Ausgangswelle 626 befestigt und wird es durch die Planetenräder 612 an einem Lager 621 gedreht, um ein Ausgangsdrehmoment bereitzustellen. Das Hohlrad 614 ist über eine Bremse B1 mit einem Gehäuse 620 verbunden. Die Planetenräder 612 drehen sich an Lagern 623 und um das Sonnenrad 610. Die Planetenräder 612 enthalten radial nach außen verlaufende Zähne, die mit radial nach außen verlaufenden Zähnen des Sonnenrads 610 in Eingriff sind. Ein Träger 624 ist mit den Lagern 623 der Planetenräder 612 verbunden und an dem Rotor 604 befestigt. Gemäß dem gezeigten Beispiel enthält der Träger 624 einen Ring, der mit den Lagern 623 der Planetenräder 612 verbunden ist. Der Träger 624 kann in zwei Teilen sein; einem ersten Teil, der den Rotor 604 mit den Planetenrädern 612 verbindet, und einem zweiten Teil, der die Planetenräder 612 mit der Kupplung C1 verbindet. Der Planetenradsatz 602 stellt ein Übersetzungsverhältnis bereit, das die Drehzahl des Rotors 604 relativ zur Drehzahl des Trägers 624 und der Ausgangswelle 626 ist.
Das Hohlrad 614 ist nicht mit dem Rotor 604 gekoppelt und dreht sich nicht um die Planetenräder 612 und um das Sonnenrad 610. Das Hohlrad 614 weist nach innen verlaufende Zähne auf, die mit den Zähnen der Planetenräder 612 in Eingriff sind. Tabelle 2 - Zustände für den Planetenradsatz aus Fig. 6.

C1 B1

1. Gang X

2. Gang X
Tabelle 2 identifiziert zwei Zustände des Planetenradsatzes 602, die durch Einrücken der Bremse B1 oder der Kupplung C1 bereitgestellt werden. Es wird entweder die Bremse B1 oder die Kupplung C1 eingerückt, aber nicht beide. Wenn die Kupplung C1 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 602 in einem ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis. Der erste Gang ist einem Bereich mit niedriger Drehzahl und hohem Ausgangsdrehmoment zugeordnet. Das Hohlrad 614 ist nicht an dem Gehäuse 620 befestigt, sondern ist vielmehr über einen zweiten Träger 625 mit der Bremse B1 verbunden. Wenn die Kupplung C1 vollständig eingerückt ist, ist das Sonnenrad 610 an den Planetenrädern 612 und an dem Träger 624 befestigt. Wenn die Kupplung eingerückt ist, ist die Rotordrehzahl gleich der Ausgangsdrehzahl der Ausgangswelle 626. Wenn die Bremse B1 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 602 in einen zweiten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis. Wenn die Bremse B1 vollständig eingerückt ist, ist das Hohlrad 614 an dem Gehäuse 620 befestigt. Der zweite Gang ist höheren Drehzahlen und niedrigeren Ausgangsdrehmomenten als der erste Gang zugeordnet.
Die 7A-7B zeigen einen Abschnitt 700 einer Axialflussmotoranordnung, der einen Ein-Gang-Planetenradsatz 702, der mit einem offenen Innenbereich eines Rotors 704 implementiert ist, enthält. Der Rotor 704 enthält einen ringartigen (oder ringförmigen) Körper 706 und Permanentmagneten 708, die an dem ringartigen Körper 706 angebracht sind. Der Planetenradsatz 702 empfängt ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor 704 und stellt ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereit. Der Planetenradsatz 702 enthält ein Sonnenrad 710, Planetenräder (z. B. drei Planetenräder) 712 und ein Hohlrad 714.
Gemäß diesem Beispiel ist das Sonnenrad 710 über einen Verbinder 722 an einem Gehäuse 720 befestigt und wird es durch die Planetenräder 712 an einem Lager 721 gedreht. Das Hohlrad 714 ist über einen Träger 724 an einer Ausgangswelle 726 befestigt und stellt ein Motorausgangsdrehmoment bereit. Die Planetenräder 712 drehen sich an Lagern 723 und um das Sonnenrad 710. Die Planetenräder 712 enthalten radial nach außen verlaufende Zähne, die mit radial nach außen verlaufenden Zähnen des Sonnenrads 710 in Eingriff sind. Die Planetenräder 712 sind über einen zweiten Träger 725 an dem Rotor 704 befestigt. Gemäß dem gezeigten Beispiel enthält der zweite Träger 725 einen Ring, der mit den Lagern 723 der Planetenräder 712 verbunden ist. Der zweite Träger 725 enthält eine Hohlwelle 727, durch die der Verbinder 722 geht. Der Verbinder 722 ist nicht mit der Hohlwelle 727 verbunden. Der Planetenradsatz 702 stellt ein Übersetzungsverhältnis bereit, das die Drehzahl des Rotor 704 relativ zu der Drehzahl des Trägers 724 und der Ausgangswelle 726 ist.
Das Hohlrad 714 ist nicht mit dem Rotor 704 gekoppelt und dreht sich um die Planetenräder 712 und das Sonnenrad 710. Das Hohlrad 714 weist nach außen verlaufende Zähne auf, die mit den Zähnen der Planetenräder 712 in Eingriff sind. Der Rotor 704 dreht sich um den Verbinder 722 und dreht im Ergebnis die Planetenräder 712 um das Sonnenrad 710.
Die 8A-8B zeigen einen Abschnitt 800 einer Axialflussmotoranordnung, der ähnlich dem Abschnitt 700 aus 7 ist. Die Axialflussmotoranordnung enthält einen Zwei-Gang-Planetenradsatz 802, der innerhalb eines offenen Innenbereichs eines Rotors 804 implementiert ist. Der Rotor 804 enthält einen ringartigen (oder ringförmigen) Körper 806 und Permanentmagneten 808, die an dem ringartigen Körper 806 angebracht sind. Der Planetenradsatz 802 empfängt ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor 804 und stellt ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereit. Der Planetenradsatz 802 enthält ein Sonnenrad 810, Planetenräder (z. B. drei Planetenräder) 812 und ein Hohlrad 814.
Das Sonnenrad 810 ist über eine Bremse B1 mit einem Gehäuse 820 verbunden und wird durch die Planetenräder 812 an einem Lager 821 gedreht. Außerdem ist das Sonnenrad 810 über eine Kupplung C1 mit einem ersten Träger 824 verbunden. Das Hohlrad 814 ist über einen zweiten Träger 825 an einer Ausgangswelle 826 befestigt und stellt ein Motorausgangsdrehmoment bereit.
Die Planetenräder 812 drehen sich an Lagern 823 und um das Sonnenrad 810. Die Planetenräder 812 enthalten radial nach außen verlaufende Zähne, die mit radial nach außen verlaufenden Zähnen des Sonnenrads 810 in Eingriff sind. Die Planetenräder 812 sind über einen dritten Träger 827 an dem Rotor 804 befestigt. Gemäß dem gezeigten Beispiel enthalten der Träger 824 und der Träger 827 jeweils Ringe, die mit den Lagern 823 der Planetenräder 812 verbunden sind. Der zweite Träger 825 enthält eine Hohlwelle 829, durch die ein Verbinder 831 geht. Der Verbinder 831 ist nicht mit der Hohlwelle 829 verbunden, sondern verbindet vielmehr das Sonnenrad 810 mit der Bremse B1. Der Planetenradsatz 802 stellt ein Übersetzungsverhältnis bereit, das die Drehzahl des Rotors 804 relativ zu der Drehzahl der Ausgangswelle 826 ist.
Das Hohlrad 814 ist nicht mit dem Rotor 804 gekoppelt und dreht sich um die Planetenräder 812 und um das Sonnenrad 810. Das Hohlrad 814 weist nach innen verlaufende Zähne auf, die mit den Zähnen der Planetenräder 812 in Eingriff sind. Der Rotor 804 dreht sich um den Verbinder 831 und dreht im Ergebnis die Planetenräder 812 um das Sonnenrad 810. Tabelle 3 - Zustände für den Planetenradsatz aus Fig. 8.

C1 B1

1. Gang X

2. Gang X
Tabelle 3 identifiziert zwei Zustände des Planetenradsatzes 802, die durch Einrücken der Bremse B1 oder der Kupplung C1 bereitgestellt werden. Entweder die Bremse B1 oder die Kupplung C1 ist eingerückt, aber nicht beide. Wenn die Kupplung C1 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 802 in einem ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis. Der erste Gang ist einem Bereich mit niedriger Drehzahl und hohem Ausgangsdrehmoment zugeordnet. Wenn die Kupplung C1 vollständig eingerückt ist, ist das Sonnenrad 810 an den Lagern 823 der Planetenräder 812 und an dem Träger 824 befestigt, wobei sich das Sonnenrad 810 mit dem Rotor 804 dreht, da die Planetenräder 812 über den dritten Träger 827 mit dem Rotor 804 verbunden sind. Wenn die Kupplung eingerückt ist, ist die Rotordrehzahl gleich der Ausgangsdrehzahl der Ausgangswelle 826. Wenn die Bremse B1 eingerückt ist, ist der Planetenradsatz 802 in einem zweiten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis. Wenn die Bremse B1 vollständig eingerückt ist, ist das Sonnenrad 810 an dem Gehäuse 820 befestigt. Der zweite Gang ist höheren Drehzahlen und niedrigeren Ausgangsdrehmomenten als der erste Gang zugeordnet. Wenn das Sonnenrad 810 an dem Gehäuse 820 befestigt ist, dreht es sich nicht.
Obwohl im Folgenden ein Fahrzeugbeispiel beschrieben ist, ist die vorliegende Anmeldung ebenfalls auf Nicht-Fahrzeug-Implementierungen anwendbar. Die vorliegende Anmeldung ist auf andere Axialflussmotoranwendungen anwendbar. Es wird gewürdigt werden, dass die Konzepte nicht nur auf Axialflusselektromotoren, die mechanische Energie aus elektrischer Energie erzeugen, sondern auch auf Axialflussgeneratoren, die elektrische Energie aus mechanischer Energie erzeugen, anwendbar ist.
9 zeigt einen Abschnitt 900 eines Fahrzeugs 901 (auch als ein Fahrzeugsystem bezeichnet), der Axialflussmotoren 904, 905 enthält. Das Fahrzeugsystem enthält ein Steuermodul 902, mehrere Axialflussmotoren 904, 905, eine Vorderachse 906, Hinterachsen 908, 909, eine Benutzereingabevorrichtung 910 und eine Lenkvorrichtung (z. B. ein Lenkrad) 912. Das Steuermodul 902 steuert auf der Grundlage von Drehmomentanforderungen die Verteilung des Ausgangsdrehmoments auf die Achsen 906, 908. Als ein Beispiel können die Drehmomentanforderungen durch einen Fahrer über die Benutzereingabevorrichtung 910 (z. B. ein Fahrpedal) oder über eine andere Eingabevorrichtung wie etwa einen Lenkwinkel (z. B. Winkel eines Lenkrads) bereitgestellt werden. Die Verteilung des Ausgangsdrehmoments ist durch die Strichlinie 916 dargestellt und Eingaben von der Benutzereingabevorrichtung 910 und von der Lenkvorrichtung 912 sind durch Pfeile 917, 918 dargestellt. Das Steuermodul 902 kann die hier offenbarten Algorithmen implementieren. Gemäß dem gezeigten Beispiel ist der Axialflussmotor 905 über ein Differential-Verteilergetriebe 920 mit den Hinterachsen 908, 909 verbunden. Die Achsen 906, 908, 909 sind mit Antriebsreifen 930 verbunden.
10 zeigt ein Fahrzeugsystem 1000 eines Fahrzeugs 1002, das einen oder mehrere Axialflussmotoren 1003 enthält. Das Fahrzeugsystem 1000 kann ähnlich wie das Fahrzeugsystem aus 9 arbeiten und/oder konfiguriert sein. Das Fahrzeugsystem 1000 kann ein Fahrwerksteuermodul 1004 und Drehmomentquellen wie etwa einen oder mehrere Axialflussmotoren 1003 und eine oder mehrere Kraftmaschinen (wobei eine Kraftmaschine 1008 gezeigt ist) enthalten. Ferner kann das Fahrzeugsystem 1000 Fahrzeugsensoren 1010 und Speicher 1012 enthalten. Das Fahrwerksteuermodul 1004 kann die Verteilung des Ausgangsdrehmoments auf Achsen des Fahrzeugs 1002 über die Drehmomentquellen steuern. Das Fahrwerksteuermodul 1004 kann den Betrieb eines Vortriebssystems 1013, das die Axialflussmotoren 1003 und die Kraftmaschine(n) 1008 enthält, steuern.
Die Sensoren 1010 können einen Lenkungssensor 1020 (z. B. einen Lenkradsensor), einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 1022, Beschleunigungsmesser 1024, einen Fahrpedalsensor 1026, einen Gierratensensor 1028 und andere Sensoren 1030 enthalten. Das Fahrwerksteuermodul 1004 steuert die Drehmomentquellen auf der Grundlage von Ausgaben der Sensoren 1010.
Der Speicher 1012 kann Fahrzeugzustände 1040, Reifenkräfte 1042, Fahrereingaben 1044, Aktuatorbegrenzungen 1046 und andere Parameter und Daten 1048 speichern. Die Fahrzeugzustände 1040 können Längs-, Quer- und Vertikalkräfte enthalten. Die Reifenkräfte 1042 können Reifentragfähigkeitsniveaus angeben. Die Fahrereingaben 1044 können sich auf Fahrpedalpositionen, Lenkradwinkel und/oder andere Fahrereingaben beziehen. Die Aktuatorbegrenzungen 1046 können maximale Ausgangsdrehmomente der Drehmomentquellen (oder wie viel Ausgangsdrehmoment zu erzeugen jede Drehmomentquelle fähig ist) enthalten. Die Kraftmaschine 1008 kann einen Startermotor 1050, ein Kraftstoffsystem 1052, ein Zündungssystem 1054 und ein Drosselsystem 1056 enthalten.
Ferner kann das Fahrzeug 1002 ein Karosseriesteuermodul (BCM) 1060, ein Telematikmodul 1062, ein Bremsungssystem 1063, ein Navigationssystem 1064, ein Infotainmentsystem 1066, ein Klimatisierungssystem 1070, andere Aktuatoren 1072, andere Vorrichtungen 1074 und andere Fahrzeugsysteme und Fahrzeugmodule 1076 enthalten. Die Module und Systeme 1004, 1060, 1062, 1064, 1066, 1070, 1076 können über einen Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) 1078 und/oder über eine andere geeignete Kommunikationsschnittstelle miteinander kommunizieren. Es kann eine Leistungsquelle 1080 enthalten sein und das BCM 1060 und andere Systeme, Module, Vorrichtungen und/oder Komponenten mit Leistung versorgen. Die Leistungsquelle 1080 kann eine oder mehrere Batterien und/oder andere Leistungsquellen enthalten.
Das Telematikmodul 1062 kann Transceiver 1082 und ein Telematiksteuermodul 1084 enthalten. Das BCM 1060 kann die Module und Systeme 1062, 1063, 1064, 1066, 1070, 1076 und andere Aktuatoren, Vorrichtungen und Systeme (z. B. die Aktuatoren 1072 und die Vorrichtungen 1074) steuern. Diese Steuerung kann auf Daten von den Sensoren 1010 beruhen.
Die oben beschriebenen Beispiele ermöglichen flachere Axialmotorkonfigurationen mit ringförmigen Rotoren und Statoren, die hohe Innendurchmesser-Außendurchmesser-Verhältnisse aufweisen und hohe Niveaus des Ausgangsdrehmoments bereitstellen. Die Motoren sind in der Lage, wenigstens so viel Ausgangsdrehmoment wie Axialflussmotoren des herkömmlichen Stils mit einer größeren Größe bereitzustellen. Die offenbarten Axialflussmotoren weisen kleinere Permanentmagneten und Statorsegmente auf. Die Statorsegmente können geblechte Stapel enthalten, die gleichförmig geformte Schichten mit gleichförmigen Dimensionen aufweisen. Im Gegensatz zu herkömmlichen trapezförmigen Stapeln schaffen die geblechten Stapelstellen einen hocheffizienten Betrieb und sind sie leicht für die Massenproduktion geeignet. Die Beispiele schaffen integrierte Axialflussmotoren mit Planetenradsätzen zum Verwirklichen der Ausgabe einer hohen Drehzahl (hohen Leistungsdichte) und/oder einer Mehr-Gang-Funktion. Die Planetenradsätze sind in dem offenen Innenraum der Rotoren angeordnet und setzen dadurch den verfügbaren Raum wirksam ein und minimieren die Gesamteinhüllende der Axialflussmotoren. Einige der Beispiele enthalten mehrere Übersetzungsverhältnisse für (i) den Mehr-Gang-Betrieb und zum Minimieren und/oder (ii) Beseitigen der Feldschwächung bei hohen Drehzahlen.
Die vorstehende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, soll der wahre Schutzumfang der Offenbarung somit nicht darauf beschränkt sein, da andere Änderungen bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche hervorgehen. Selbstverständlich können ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben als mit bestimmten Merkmalen beschrieben worden ist, können ferner ein oder mehrere dieser in Bezug auf irgendeine Ausführungsform der Offenbarung beschriebenen Merkmale in und/oder zusammen mit Merkmalen irgendeiner der anderen Ausführungsformen implementiert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus und Vertauschungen einer oder mehrerer Ausführungsformen miteinander bleiben im Schutzumfang dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) sind unter Verwendung verschiedener Begriffe einschließlich „verbunden“, „in Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“ beschrieben. Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung nicht explizit als „direkt“ beschrieben ist, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Element keine anderen dazwischenliegenden Elemente vorhanden sind, kann sie aber ebenfalls eine indirekte Beziehung sein, bei der zwischen dem ersten und dem zweiten Element ein oder mehrere (entweder räumlich oder funktional) dazwischenliegende Elemente vorhanden sind. Wie die Formulierung wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll sie ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER bedeuten und ist sie nicht in der Bedeutung „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ zu verstehen.
In den Figuren veranschaulicht die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angegeben ist, allgemein den Informationsfluss (wie etwa von Daten oder Anweisungen), der für die Darstellung von Interesse ist. Wenn z. B. ein Element A und ein Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, für die Darstellung aber von dem Element A zu dem Element B übertragene Informationen relevant sind, kann der Pfeil von dem Element A zu dem Element B weisen. Dieser einfachgerichtete Pfeil bedeutet nicht, dass keine anderen Informationen von dem Element B zu dem Element A übertragen werden. Ferner kann für von dem Element A zu dem Element B gesendete Informationen das Element B Anforderungen für die Informationen an das Element A senden oder deren Quittierungen empfangen.
In dieser Anmeldung einschließlich in den folgenden Definitionen kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Controller“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich auf: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine Kombinationslogikschaltung; eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die durch die Prozessorschaltung ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller der Obigen wie etwa in einem Ein-Chip-System beziehen, ein Teil davon sein oder sie enthalten.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen enthalten. Gemäß einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen enthalten, die mit einem lokalen Netz (LAN), mit dem Internet, mit einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder mit Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität irgendeines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind, verteilt sein. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann ein Servermodul (auch als entferntes Modul oder Cloud-Modul bekannt) einige Funktionalität im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil des Codes oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessorschaltungen ausführt. Bezugnahmen auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Chips, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzelnen Chip, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination der Obigen. Der Begriff gemeinsam genutzte Speicherschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil von oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die einen Teil oder allen Code von einem oder mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert.
Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hier verwendet ist, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich (wie etwa in einer Trägerwelle) durch ein Medium ausbreiten; somit kann der Begriff computerlesbares Medium als konkret und nichttransitorisch angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nichttransitorischen, konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbarere Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Masken-Nur-Lese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine statische Schreib-Lese-Speicherschaltung oder eine dynamische Schreib-Lese-Speicherschaltung), magnetische Ablagespeichermedien (wie etwa ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Ablagespeichermedien (wie etwa eine CD, eine DVD oder eine Blu-Ray-Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen durch Konfigurieren eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen verkörpert sind, erzeugten Spezialcomputer implementiert werden. Die Funktionsblöcke, Ablaufplankomponenten und anderen Elemente, die oben beschrieben sind, dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Computerprogramme enthalten durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichttransitorischen, konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Außerdem können die Computerprogramme gespeicherte Daten enthalten oder sich auf sie stützen. Die Computerprogramme können ein Basis-Eingabe/Ausgabe-System (BIOS), das mit Hardware des Spezialcomputers zusammenwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit bestimmten Vorrichtungen des Spezialcomputers zusammenwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
Die Computerprogramme können enthalten: (i) beschreibenden Text, der zu parsen ist, wie etwa HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) Assemblercode, (iii) Objektcode, der durch einen Compiler aus Quellcode erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Compilierung und Ausführung durch einen Just-in-time-Compiler usw. Nur als Beispiele kann Quellcode unter Verwendung einer Syntax aus Sprachen einschließlich C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language, 5. Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext-Präprozessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben sein.

Claims

Axialflussmotor, der umfasst: einen ringförmigen Stator, der einen Statorkern und mehrere Segmente, die an dem Statorkern angeordnet sind, umfasst, wobei jedes der mehreren Segmente einen geblechten Stapel und Wicklungen, die um den geblechten Stapel gewickelt sind, umfasst; einen ringförmigen Rotor, der einen offenen Innenbereich definiert und einen Körper und mehrere Permanentmagneten, die an dem Körper benachbart zu und beabstandet von den mehreren Segmenten angeordnet sind, umfasst; und einen Planetenradsatz, der innerhalb des offenen Innenbereichs angeordnet ist und dafür konfiguriert ist, ein Eingangsdrehmoment von dem Rotor zu empfangen und ein Ausgangsdrehmoment, das größer als das Eingangsdrehmoment ist, bereitzustellen.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis zwischen einem Innendurchmesser des ringförmigen Stators und einem Außendurchmesser des ringförmigen Stators größer als 0,6 ist.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis zwischen einem Innendurchmesser des ringförmigen Rotors und einem Außendurchmesser des ringförmigen Rotors größer als 0,6 ist.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, wobei: jeder der mehreren geblechten Stapel mehrere geblechte Schichten aufweist; und die mehreren geblechten Schichten wenigstens eines der mehreren geblechten Stapel dieselben Dimensionen aufweisen, und/oder ein radialer Querschnitt eines oder mehrerer der mehreren geblechten Stapel rechteckförmig ist.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, der ferner ein Gehäuse umfasst, das einen Käfig umfasst, der dafür konfiguriert ist, den Stator relativ zu dem Gehäuse an einem festen Ort zu halten.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, wobei jede Schicht der mehreren geblechten Stapel 3,2 %-igen Siliciumstahl umfasst.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, wobei: der Planetenradsatz ein Sonnenrad, mehrere Planetenräder und ein Hohlrad umfasst; das Sonnenrad an einem Gehäuse des Axialflussmotors befestigt und/oder damit verbunden ist; die mehreren Planetenräder dafür konfiguriert sind, sich um das Sonnenrad zu drehen, und über einen Träger und Lager mit einer Ausgangswelle gekoppelt sind; und das Hohlrad mit dem Rotor gekoppelt ist.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, der ferner ein Gehäuse, eine Bremse und eine Kupplung umfasst, wobei: der Planetenradsatz ein Sonnenrad, mehrere Planetenräder und ein Hohlrad umfasst; das Sonnenrad über die Bremse mit dem Gehäuse verbunden ist und über die Kupplung mit einer Ausgangswelle verbunden ist; die mehreren Planetenräder dafür konfiguriert sind, sich um das Sonnenrad zu drehen, und über einen Träger und Lager mit der Ausgangswelle gekoppelt sind; und das Hohlrad mit dem Rotor gekoppelt ist.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, wobei: der Planetenradsatz ein Sonnenrad, mehrere Planetenräder und ein Hohlrad umfasst; das Sonnenrad mit einer Ausgangswelle verbunden ist; die mehreren Planetenräder dafür konfiguriert sind, sich um das Sonnenrad zu drehen, und über einen Träger und Lager mit dem Rotor gekoppelt sind; und das Hohlrad an einem Gehäuse des Axialflussmotors befestigt und/oder damit verbunden ist.
Axialflussmotor nach Anspruch 1, der ferner ein Gehäuse, eine Bremse und eine Kupplung umfasst, wobei: der Planetenradsatz ein Sonnenrad, mehrere Planetenräder und ein Hohlrad umfasst; das Sonnenrad mit einer Ausgangswelle verbunden ist und über die Kupplung und Lager mit den Planetenrädern verbunden ist; die mehreren Planetenräder dafür konfiguriert sind, sich um das Sonnenrad zu drehen, und über einen Träger und die Lager mit dem Rotor gekoppelt sind; und das Hohlrad über die Bremse mit einem Gehäuse des Axialflussmotors verbunden ist.