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Die Erfindung betrifft insbesondere eine Elektromotorvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
WO 2007/125284 sind bereits Elektromotorvorrichtungen bekannt, mit einem Stator, welcher zumindest drei Statorzähne aufweist, welche in einem ersten Radialbereich angeordnet sind, mit einem Antriebsrotor, welcher radial innerhalb des Stators und axial überlappend zu dem Stator angeordnet ist, mit zumindest einem koaxial zu dem Antriebsrotor angeordneten Abtriebsrotor, welcher radial außerhalb des Antriebsrotors, radial innerhalb des Stators und axial überlappend zum Stator angeordnet ist.
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Ferner ist aus der
US 9 216 642 B ebenfalls bereits eine Elektromotorvorrichtung bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist insbesondere, eine kompakte und flexible Elektromotorvorrichtung zu erreichen. Vorzugsweise soll insbesondere eine kompakte Elektromotorvorrichtung mit einem integrierten magnetischen Getriebe bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die Erfindung geht aus von einer Elektromotorvorrichtung mit einem Stator, welcher zumindest drei Statorzähne aufweist, welche in einem ersten Radialbereich angeordnet sind, mit einem Antriebsrotor, welcher radial innerhalb des Stators und axial überlappend zu dem Stator angeordnet ist, mit zumindest einem koaxial zu dem Antriebsrotor angeordneten Abtriebsrotor, welcher radial außerhalb des Antriebsrotors, radial innerhalb des Stators und axial überlappend zum Stator angeordnet ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Stator eine, insbesondere von den Statorzähnen verschiedene, Zahnstruktur aufweist, welche in einem von dem ersten Radialbereich verschiedenen zweiten Radialbereich angeordnet ist, der an den Statorinnendurchmesser angrenzt. Vorzugsweise ist eine Anzahl von Zähnen der Zahnstruktur von einer Anzahl an effektiven Statorpolen verschieden. Die Zahnstruktur kann insbesondere in die Statorzähne integriert sein. Vorzugsweise ragen sowohl die Statorzähne als auch die Zahnstruktur zumindest im Wesentlichen radial nach innen. Unter „zumindest im Wesentlichen radial“ soll insbesondere zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse verstanden werden. Vorzugsweise ist der Abtriebsrotor dazu vorgesehen, mit einer Untersetzung gegenüber dem Antriebsrotor von dem Antriebsrotor angetrieben zu werden. Der Abtriebsrotor wird insbesondere mittels einer Magnetkraft von dem Antriebsrotor angetrieben. Vorzugsweise bildet die Motorvorrichtung sowohl einen Elektromotor, insbesondere umfassend den Stator und den Antriebsrotor, als auch ein magnetisches Getriebe aus, wobei der Antriebsrotor eine Eingangsseite des magnetischen Getriebes ausbildet und der Abtriebsrotor eine Ausgangsseite des magnetischen Getriebes ausbildet. Vorzugsweise weist der zumindest eine Antriebsrotor zumindest eine Längsachse auf, welche zumindest im Wesentlichen parallel zu der Drehachse ausgerichtet ist. Unter einer „Längsachse“ eines Objekts soll insbesondere eine Achse verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten geometrischen Quaders verläuft, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt, und bevorzugt durch einen geometrischen Mittelpunkt des Objekts verläuft.
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Unter einer „Elektromotorvorrichtung“ soll vorzugsweise zumindest ein Teil, bevorzugt eine Unterbaugruppe, eines Elektromotors, beispielsweise eines Radialflussmotors, eines Synchronmotors und/oder eines Reluktanzmotors verstanden werden. Insbesondere kann die Elektromotorvorrichtung auch den gesamten Elektromotor, umfassen. Vorzugsweise ist der Elektromotor als ein Synchronmotor ausgebildet. Vorzugsweise sind die Statorzähne jeweils zu einem Aufnehmen einer Spuleneinheit ausgebildet, insbesondere geformt. Vorzugsweise sind die Statorzähne jeweils dazu ausgebildet, zusammen mit der Spuleneinheit den Antriebsrotor der Elektromotorvorrichtung zumindest teilweise, insbesondere ausschließlich, durch eine Magnetkraft in eine Drehbewegung um die Drehachse zu versetzen. Der Stator ist vorzugsweise als ein parallel zu der Drehachse unbeweglicher Teil der Elektromotorvorrichtung, bevorzugt gegenüber einen Motorgehäuse, ausgebildet. Vorzugsweise ist der zumindest eine Stator zumindest im Wesentlichen als ein Hohlzylinder, insbesondere eine Hohlzylinderscheibe, ausgebildet. Vorzugsweise erstreckt sich der zumindest eine Stator materiell von einem, insbesondere von null verschiedenen, Innenradius radial bis zu einem Außenradius, wobei der zumindest eine Stator zwischen dem Innenradius und dem Außenradius insbesondere Ausnehmungen aufweist, welche durch die Statorzähne und die Zahnstruktur gebildet sind und welche durch die materiellen Erstreckungen des Stators zumindest teilweise begrenzt sind.
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Der Antriebsrotor umfasst insbesondere mehrere, vorzugsweise eine geringe Anzahl an, Permanentmagneten, welche an einer Antriebswelle der Elektromotorvorrichtung angeordnet sind. Der Abtriebsrotor umfasst insbesondere mehrere, vorzugsweise eine hohe Anzahl an, magnetischen, insbesondere ferromagnetischen, Segmenten, welche mit einer Abtriebswelle gekoppelt sind. Vorzugsweise ist der Abtriebsrotor radial innerhalb des Stators angeordnet, wobei der Antriebsrotor radial innerhalb des Abtriebsrotors angeordnet ist.
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Unter „axial überlappend“ soll insbesondere verstanden werden, dass sich gleichartige Bauteile, Baugruppen oder Bauräume in einer Richtung radial zu der Hauptrotationsachse betrachtet überschneiden. Bevorzugt existiert zumindest eine sich radial zu der Hauptrotationsachse erstreckende Gerade, insbesondere ein sich koaxial um die Hauptrotationsachse erstreckender Zylinder in der Länge eines der Bauteile, welche zumindest zwei der gleichartigen Bauteile, Baugruppen oder Bauräume schneidet.
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Unter einer „Zahnstruktur“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine makroskopische Struktur auf einer Innenseite des Stators verstanden werden, welche eine Vielzahl von Zahnelementen aufweist. Vorzugsweise besteht die Zahnstruktur abwechselnd aus Zahnelementen und Lücken zwischen den Zahnelementen. Die Zahnelemente sind von zahnförmigen Erhebungen gebildet. Vorzugsweise ist die Anzahl an Zahnelementen wesentlich größer als eine Anzahl an effektiven Statorpolen. Vorzugsweise beträgt eine radiale Höhe der Zahnelemente der Zahnstruktur maximal 1/3, vorzugsweise maximal 1/4 und besonders bevorzugt maximal 1/5 einer radialen Höhe der Statorzähne. Vorzugsweise ist eine radiale Erstreckung des ersten Radialbereichs zumindest 3-mal, vorzugsweise zumindest 4-mal und besonders bevorzugt zumindest 5-mal so groß als eine radiale Erstreckung des zweiten Radialbereichs. Die Zahnelemente der Zahnstruktur sind insbesondere von schmalen Stegen gebildet, welche sich mit einer Haupterstreckungsrichtung jeweils parallel zu einer Drehachse der Elektromotorvorrichtung erstrecken. Unter einer „Haupterstreckungsrichtung“ eines Objekts soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, welche parallel zu einer längsten Kante eines kleinsten geometrischen Quaders verläuft, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt.
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Vorzugsweise ist der zweite Radialbereich radial innerhalb des ersten Radialbereichs abgeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Radialbereich von einem Innendurchmesser des Stators bis zu dem ersten Radialbereich. Der zweite Radialbereich grenzt insbesondere direkt an den ersten Radialbereich an. Bevorzugt umfasst der Stator insbesondere einen dritten Radialbereich, in welchem der Stator als durchgängiger Ring geformt ist. Der dritte Radialbereich erstreckt sich insbesondere von dem ersten Radialbereich zu einem Außendurchmesser des Stators.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elektromotorvorrichtung kann insbesondere eine vorteilhaft kompakte Bauweise erreicht werden. Es kann insbesondere für das magnetische Getriebe auf einen zusätzlichen statischen Magnetring verzichtet werden. Insbesondere kann durch die Zahnstruktur ein für das magnetische Getriebe benötigtes Magnetfeld, insbesondere ein Wechselfeld und/oder ein Magnetfeld mit einer variierenden magnetischen Flussdichte, erzeugt werden. Ferner kann dadurch insbesondere eine Anzahl an Bauteilen gering gehalten werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Abtriebsrotor einen ringförmigen Käfig und eine Vielzahl von in dem ringförmigen Käfig gehaltenen ferromagnetischen Segmenten aufweist. Die ferromagnetischen Segmente sind dazu vorgesehen, von dem Magnetfeld des Antriebsrotors sowie von einem Magnetfeld des Stators, insbesondere einem variierenden Magnet der Zahnstruktur des Stators, in eine Drehbewegung versetzt zu werden. Vorzugsweise ist eine Drehzahl des Abtriebsrotors gegenüber einer Drehzahl des Antriebsrotors untersetzt. Bevorzugt ist der Abtriebsrotor permanent drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden. Die Abtriebswelle kann wiederum mit einem Achsgetriebe, wie beispielsweise einen Differential, oder einer Seitenwelle eines Antriebsrads verbunden sein. Dadurch kann insbesondere ein vorteilhaft kompakter Aufbau realisiert werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Zahnstruktur eine Vielzahl von Zahnelementen aufweist, wobei eine Anzahl der Zahnelemente der Zahnstruktur von einer Anzahl von ferromagnetischen Segmenten des Abtriebsrotors verschieden ist. Vorzugsweise beträgt eine Anzahl von Zahnelementen mehr als 50, vorzugsweise mehr als 70. Bevorzugt beträgt eine Anzahl von Zahnelementen weniger als 130, vorzugsweise weniger als 110. Vorzugsweise beträgt eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten mehr als 60, vorzugsweise mehr als 80. Bevorzugt beträgt eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten weniger als 140, vorzugsweise weniger als 120. Vorzugsweise beträgt eine Differenz einer Anzahl der Zahnelemente der Zahnstruktur von einer Anzahl von ferromagnetischen Segmenten des Abtriebsrotors weniger als 30, vorzugsweise weniger als 20 und besonders bevorzugt weniger als 10. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Übersetzung zwischen dem Antriebsrotor und dem Abtriebsrotor realisiert werden.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass der Stator zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, Statorwicklungen aufweist, welche jeweils zu einer Erzeugung eines Magnetfelds vorgesehen sind, wobei die Zahnelemente der Zahnstruktur jeweils dazu vorgesehen sind, eine magnetische Flussdichte der Magnetfelder der Statorwicklung abschnittsweise in einem Bereich des Abtriebsrotors zu erhöhen. Vorzugsweise sind die Zahnelemente in zumindest einem Betriebszustand, insbesondere während eines Betriebs, dazu vorgesehen, ein Magnetfeld des Stators zu leiten und damit in einer Richtung radial nach innen in Richtung der Drehachse den Magnetfluss zu verbessern. Dies resultiert insbesondere in einer erhöhten magnetischen Flussdichte radial innerhalb der Zahnelemente im Vergleich zu einem Bereich radial innerhalb der Lücken zwischen den Zahnelementen. Vorzugsweise wird ein Magnetfeld des Stators, insbesondere der Statorwicklungen mittels der Zahnelemente in einem Bereich der Zahnelemente radial nach innen ausgelenkt. Dies resultiert insbesondere in einem Betrieb der Elektromotorvorrichtung radial innerhalb des Stators in einem variierenden Magnetfeld, welches sich in seiner Intensität entsprechend den Zahnelementen und den Lücken abwechselt. Vorzugsweise weist der Stator zumindest vier Statorwicklungen, vorzugsweise zumindest sechs Statorwicklungen, auf. Unter einem „Betriebszustand“ der Elektromotorvorrichtung soll vorzugsweise ein Zustand verstanden werden, in dem der Antriebsrotor und/oder der Abtriebsrotor betriebsbereit für einen Drehvorgang und/oder einen Drehbetrieb ist und/oder sich in einem Drehbetrieb befindet, in welchem auf den Antriebsrotor und/oder den Abtriebsrotor zu einem Erzeugen des Drehmoments zumindest ein Magnetfeld wirkt. Dadurch kann in einem Bereich des Abtriebsrotors insbesondere ein variierendes Magnetfeld erzeugt werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Zahnstruktur zumindest zu einem Großteil aus einem weichmagnetischen Material besteht. Es sind verschiedene, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende weichmagnetische Materialien denkbar, wie beispielsweise metallische Werkstoffe basieren vor allem auf den ferromagnetischen Metallen Eisen, Cobalt und Nickel und/oder keramische Werkstoffe, wie Ferrite auf Basis von Metalloxiden. Vorzugsweise besteht die Zahnstruktur vollständig aus einem weichmagnetischen Material. Dadurch kann mittels der Zahnstruktur insbesondere vorteilhaft ein Magnetfeld des Stators beeinflusst werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Zahnstruktur einstückig mit den Statorzähnen verbunden ist. Vorzugsweise ist die Zahnstruktur einteilig mit dem Statorzähnen ausgebildet. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die Zahnstruktur nachträglich angeformt ist. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Vorteilhaft soll unter einstückig auch einteilig verstanden werden. Unter „einteilig“ soll insbesondere in einem Stück geformt verstanden werden. Vorzugsweise wird dieses eine Stück aus einem einzelnen Rohling, einer Masse und/oder einem Guss, besonders bevorzugt in einem Spritzgussverfahren, insbesondere einem Ein- und/oder Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, hergestellt.
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Dadurch kann eine vorteilhaft kompakte Elektromotorvorrichtung bereitgestellt werden. Es kann insbesondere eine Anzahl an Bauteilen gering gehalten werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass an jedem Statorzahn mehrere Zahnelemente der Zahnstruktur angeordnet sind. Vorzugsweise sind an jedem Statorzahn zumindest 5, vorzugsweise zumindest 10 und besonders bevorzugt zumindest 15 Zahnelemente der Zahnstruktur angeordnet. Die Zahnstruktur ist insbesondere auf einer radialen Innenseite der Statorzähne angeordnet. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhafte Zahnstruktur bereitgestellt werden.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass an jedem Statorzahn genau ein Zahnelement der Zahnstruktur angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Zahnelemente jeweils von einer radial inneren Spitze jeweils eines Statorzahns gebildet. Bevorzugt geht jeder Statorzahn in ein Zahnelement über. Dadurch kann insbesondere eine vorteilhaft leicht herstellbare Zahnstruktur bereitgestellt werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Stator zumindest zwei verteilte Statorwicklungen aufweist, welche sich jeweils über mehrere Statorzähne erstrecken. Vorzugsweise sind mehrere Statorzähne zu einem effektiven Statorpol zusammengefasst.
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Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Stator für die Elektromotorvorrichtung.
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Ferner geht die Erfindung aus von einem Kraftfahrzeug mit der Elektromotorvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise von einem Elektrofahrzeug gebildet.
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Die erfindungsgemäße Elektromotorvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Elektromotorvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Elektromotorvorrichtung mit einem Stator, mit einem Antriebsrotor und mit einem Abtriebsrotor in einer schematischen Explosionsdarstellung,
- 2 die erfindungsgemäße Elektromotorvorrichtung mit dem Stator, mit dem Antriebsrotor und mit dem Abtriebsrotor in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 3 eine alternative erfindungsgemäße Elektromotorvorrichtung mit einem Stator, mit einem Antriebsrotor und mit einem Abtriebsrotor in einer schematischen Explosionsdarstellung und
- 4 die alternative erfindungsgemäße Elektromotorvorrichtung mit dem Stator, mit dem Antriebsrotor und mit dem Abtriebsrotor in einer schematischen Schnittdarstellung.
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1 zeigt eine Elektromotorvorrichtung 10a. Die Elektromotorvorrichtung 10a ist von einem Elektromotor gebildet. Die Elektromotorvorrichtung 10a ist von einem Elektromotor mit einem integrierten magnetischen Getriebe gebildet. Die Elektromotorvorrichtung 10a ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug. Es wäre jedoch auch ein anderes, einem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Einsatzgebiet der Elektromotorvorrichtung 10a denkbar.
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Die Elektromotorvorrichtung 10a weist einen Stator 12a auf. Der Stator 12a weist einen geschlossenen Außenring 38a auf. Der Stator 12a weist ferner zumindest drei Statorzähne 14a auf. Der Stator 12a weist beispielhaft genau sechs Statorzähne 14a auf. Die Statorzähne 14a weisen einen Wicklungsbereich 40a mit einer rechteckigen Querschnittform, insbesondere in einem Querschnitt senkrecht zu einer Drehachse der Elektromotorvorrichtung 10a, auf. Die Statorzähne 14a erstrecken sich von dem Außenring 38a mit dem Wicklungsbereich 40a radial nach innen. Ferner weisen die Statorzähne 14a an einem radial nach innen gewandten freien Ende einen Endbereich 42a mit einem trapezförmigen Querschnitt, insbesondere in einem Querschnitt senkrecht zu einer Drehachse der Elektromotorvorrichtung 10a, auf. In dem Endbereich 42a weiten sich die Statorzähne 14a jeweils auf. Ferner weist der Stator 12a zumindest drei nicht weiter dargestellte Statorwicklungen auf, welche jeweils zu einer Erzeugung eines Magnetfelds vorgesehen sind. Der Stator 12a weist beispielhaft genau sechs Statorwicklungen auf. Die Statorwicklungen sind jeweils um einen der Statorzähne 14a gewickelt. Die Statorwicklungen sind in dem Wicklungsbereich 40a um die Statorzähne 14a gewickelt. Die Statorzähne 14a sind in einem ersten Radialbereich 16a des Stators 12a angeordnet. Der Stator 12a erstreckt sich radial zwischen einem Statorinnendurchmesser 32a und einem Statoraußendurchmesser 34a des Stators 12a, wobei der erste Radialbereich 16a von einem hohlzylindrischen, räumlichen Bereich gebildet ist, welcher zwischen dem Statorinnendurchmesser 32a und dem Statoraußendurchmesser 34a angeordnet ist. Der Stator 12a weist einen dritten Radialbereich 36a auf, in welchem der Stator 12a als durchgängiger Ring geformt ist. Der Außenring 38a ist in dem dritten Radialbereich 36a angeordnet. Der dritte Radialbereich 36a ist radial außerhalb des ersten Radialbereichs 16a angeordnet. Der dritte Radialbereich 36a erstreckt sich von dem ersten Radialbereich 16a zu dem Statoraußendurchmesser 34a des Stators 12a. Ferner weist der Stator 12a eine von den Statorzähnen 14a verschiedene Zahnstruktur 22a auf, welche in einem von dem ersten Radialbereich 16a verschiedenen zweiten Radialbereich 24a angeordnet ist, der an den Statorinnendurchmesser 32a angrenzt. Die Zahnstruktur 22a ist einstückig mit den Statorzähnen 14a verbunden. Die Zahnstruktur 22a ist einteilig mit den Statorzähnen 14a ausgebildet. Die Zahnstruktur 22a schließt radial nach innen direkt an den Endbereich 42a der Statorzähne 14a an. Die Zahnstruktur 22a weist eine Vielzahl von Zahnelementen 28a auf. Die Zahnstruktur 22a besteht abwechselnd aus Zahnelementen 28a und Lücken zwischen den Zahnelementen 28a. Die Zahnelemente 28a sind von zahnförmigen Erhebungen gebildet. Die Zahnelemente 28a der Zahnstruktur 22a sind von schmalen Stegen gebildet, welche sich mit einer Haupterstreckungsrichtung jeweils parallel zu einer Drehachse der Elektromotorvorrichtung 10a erstrecken. Die Anzahl an Zahnelementen 28a ist wesentlich größer als eine Anzahl an effektiven Statorpolen. Vorzugsweise beträgt eine Anzahl von Zahnelementen 28a mehr als 50, vorzugsweise mehr als 70. Bevorzugt beträgt eine Anzahl von Zahnelementen 28a weniger als 130, vorzugsweise weniger als 110. Die Zahnstruktur 22a weist beispielhaft 96 Zahnelemente 28a auf. Dabei sind an jedem Statorzahn 14a mehrere Zahnelemente 28a der Zahnstruktur 22a angeordnet. Jedem Statorzahn 14a sind genau 16 Zahnelemente 28a zugeordnet. Eine radiale Höhe der Zahnelementen 28a der Zahnstruktur 22a beträgt maximal 1/3, vorzugsweise maximal 1/4 und besonders bevorzugt maximal 1/5 einer radialen Höhe der Statorzähne 14a. Die Zahnstruktur 22a besteht zumindest zu einem Großteil aus einem weichmagnetischen Material. Die Zahnstruktur 22a besteht vollständig aus einem weichmagnetischen Material. Die Zahnstruktur 22a, die Statorzähne 14a und der Außenring 38a bestehen aus einem weichmagnetischen Material. Der zweite Radialbereich 24a ist radial innerhalb des ersten Radialbereichs 16a angeordnet. Der zweite Radialbereich 24a erstreckt sich von dem Statorinnendurchmesser 32a des Stators 12a bis zu dem ersten Radialbereich 16a. Der zweite Radialbereich 24a grenzt direkt an den ersten Radialbereich 16a an. Der erste Radialbereich 16a ist zwischen dem zweiten Radialbereich 24a und dem dritten Radialbereich 36a angeordnet. Der Stator 12a besteht insbesondere aus den drei Radialbereichen 16a, 24a, 36a.
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Ferner weist die Elektromotorvorrichtung 10a einen Antriebsrotor 18a auf. Der Antriebsrotor 18a ist radial innerhalb des Stators 12a und axial überlappend zu dem Stator 12a angeordnet. Der Antriebsrotor 18a umfasst mehrere, vorzugsweise eine geringe Anzahl an, Permanentmagneten 44a, welche an einer nicht weiter dargestellten Antriebswelle der Elektromotorvorrichtung 10a angeordnet sind. Die Permanentmagneten 44a sind in Umfangsrichtung gleichmäßig auf der Antriebswelle angeordnet und wechseln sich hinsichtlich ihrer Polung ab. Der Antriebsrotor 18a weist beispielhaft genau vier Permanentmagneten 44a auf. Der Antriebsrotor 18a wird in einem Betrieb direkt von dem Stator 12a angetrieben. Der Stator 12a und der Antriebsrotor 18a bilden einen Elektromotor der Elektromotorvorrichtung 10a.
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Des Weiteren weist die Elektromotorvorrichtung 10a einen koaxial zu dem Antriebsrotor 18a angeordneten Abtriebsrotor 20a auf. Der Abtriebsrotor 20a ist radial außerhalb des Antriebsrotors 18a angeordnet. Der Abtriebsrotor 20a ist radial innerhalb des Stators 12a angeordnet. Der Abtriebsrotor 20a ist radial zwischen dem Antriebsrotor 18a und dem Stator 12a angeordnet. Der Abtriebsrotor 20a ist axial überlappend zu dem Stator 12a angeordnet. Der Abtriebsrotor 20a ist axial überlappend zu dem Stator 12a und dem Antriebsrotor 18a angeordnet. Der Abtriebsrotor 20a ist dazu vorgesehen, mit einer Untersetzung gegenüber dem Antriebsrotor 18a von dem Antriebsrotor 18a angetrieben zu werden. Der Abtriebsrotor 20a wird mittels einer Magnetkraft von dem Antriebsrotor 18a angetrieben. Der Abtriebsrotor 20a, der Antriebsrotor 18a und die Zahnstruktur 22a bilden ein magnetisches Getriebe der Elektromotorvorrichtung 10a. Der Abtriebsrotor 20a weist einen nicht weiter dargestellten ringförmigen Käfig und eine Vielzahl von in dem ringförmigen Käfig gehaltenen ferromagnetischen Segmenten 26a auf. Eine Anzahl an ferromagnetischen Segmenten 26a des Abtriebsrotors 20a ist höher als eine Anzahl an Permanentmagneten 44a des Antriebsrotors 18a. Vorzugsweise beträgt eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26a mehr als 60, vorzugsweise mehr als 80. Bevorzugt beträgt eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26a weniger als 140, vorzugsweise weniger als 120. Der Abtriebsrotor 20a weist beispielhaft 100 ferromagnetische Segmente 26a auf. Ferner unterscheidet sich eine Anzahl der Zahnelemente 28a der Zahnstruktur 22a von einer Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26a des Abtriebsrotors 20a. Eine Differenz einer Anzahl der Zahnelemente 28a der Zahnstruktur 22a von einer Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26a des Abtriebsrotors 20a beträgt weniger als 30, vorzugsweise weniger als 20 und besonders bevorzugt weniger als 10. Eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26a des Abtriebsrotors 20a ist größer als eine Anzahl der Zahnelemente 28a der Zahnstruktur 22a.
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Die Statorwicklungen des Stators 12a sind in einem Betrieb jeweils zu einer Erzeugung eines Magnetfelds vorgesehen. Das Magnetfeld ist in dem Betrieb dazu vorgesehen, den Antriebsrotor 18a anzutreiben. Ferner sind die Zahnelemente 28a der Zahnstruktur 22a jeweils dazu vorgesehen, eine magnetische Flussdichte der Magnetfelder der Statorwicklung abschnittsweise in einem Bereich des Abtriebsrotors 20a zu erhöhen. Die Zahnelemente 28a sind während eines Betriebs dazu vorgesehen, ein Magnetfeld des Stators 12a zu leiten und damit in einer Richtung radial nach innen in Richtung der Drehachse den Magnetfluss zu verbessern. Dies resultiert in einer erhöhten magnetischen Flussdichte radial innerhalb der Zahnelemente 28a im Vergleich zu einem Bereich radial innerhalb der Lücken zwischen den Zahnelementen 28a. Das Magnetfeld des Stators 12a, insbesondere der Statorwicklungen, wird mittels der Zahnelemente 28a in einem Bereich der Zahnelemente 28a radial nach innen ausgelenkt. Dies resultiert in einem Betrieb der Elektromotorvorrichtung 10a radial innerhalb des Stators 12a in einem variierenden Magnetfeld, welches sich in seiner Intensität entsprechend den Zahnelementen 28a und den Lücken abwechselt. Der Abtriebsrotor 20a wird von dem variierenden Magnetfeld der Zahnstruktur 22a sowie dem Magnetfeld des Antriebsrotors 18a angetrieben. In einem Betrieb verändern die ferromagnetischen Segmente 26a des Abtriebsrotors 20a das Feldmuster des variierenden Magnetfelds der Zahnstruktur 22a, insbesondere derart, dass abhängig von einer Drehzahl des Abtriebsrotors 20a zu dem Stator 12a radial nach innen ein Feld entsteht, das aus genau zwei Nord- und zwei Südpolen besteht, wobei das Feld dabei in einer höheren Geschwindigkeit dreht. Das Feld koppelt dabei mit dem Magnetfeld des Antriebsrotors 18a. Der Abtriebsrotor 20a dreht dadurch mit einer definierten Untersetzung gegenüber dem Antriebsrotor 18a. Der Abtriebsrotor 20a dreht in einem Betrieb mit einer geringen Drehzahl als der Antriebsrotor 18a. Der Abtriebsrotor 20a bildet einen Abtrieb der Elektromotorvorrichtung 10a.
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In den 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 3 und 4 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden.
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3 zeigt eine Elektromotorvorrichtung 10b. Die Elektromotorvorrichtung 10b ist von einem Elektromotor mit einem integrierten magnetischen Getriebe gebildet.
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Die Elektromotorvorrichtung 10b weist einen Stator 12b auf. Der Stator 12b weist einen geschlossenen Außenring 38b auf. Der Stator 12b weist ferner zumindest drei Statorzähne 14b auf. Vorzugsweise beträgt eine Anzahl an Statorzähnen 14b mehr als 50, vorzugsweise mehr als 70. Bevorzugt beträgt eine Anzahl an Statorzähnen 14b weniger als 130, vorzugsweise weniger als 110. Der Stator 12b weist beispielhaft genau 96 Statorzähne 14b auf. Die Statorzähne 14b weisen eine rechteckigen Querschnittform, insbesondere in einem Querschnitt senkrecht zu einer Drehachse der Elektromotorvorrichtung 10b, auf. Die Statorzähne 14b erstrecken sich von dem Außenring 38b radial nach innen. Ferner weist der Stator 12b zumindest drei nicht weiter dargestellte Statorwicklungen auf, welche jeweils zu einer Erzeugung eines Magnetfelds vorgesehen sind. Der Stator 12b weist zumindest zwei verteilte Statorwicklungen auf, welche sich jeweils über mehrere Statorzähne 14b erstrecken. Bei der verteilten Wicklung wird im Gegensatz einer Einzelzahnwicklung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 nicht jeder einzelne Statorzahn 14b bewickelt, sondern über mehrere Statorzähne 14b hinweg Spulen in die Statornuten zwischen den Statorzähnen 14b eingebracht. Die Statorzähne 14b und die Statorwicklungen sind in einem ersten Radialbereich 16b des Stators 12b angeordnet. Der Stator 12b weist einen dritten Radialbereich 36b auf, in welchem der Stator 12b als durchgängiger Ring geformt ist. Der Außenring 38b ist in dem dritten Radialbereich 36b angeordnet. Der dritte Radialbereich 36b ist radial außerhalb des ersten Radialbereichs 16b angeordnet. Ferner weist der Stator 12b eine von den Statorzähnen 14b verschiedene Zahnstruktur 22b auf, welche in einem von dem ersten Radialbereich 16b verschiedenen zweiten Radialbereich 24b angeordnet ist, der an den Statorinnendurchmesser 32b angrenzt. Die Zahnstruktur 22b ist einstückig mit den Statorzähnen 14b verbunden. Die Zahnstruktur 22b ist einteilig mit den Statorzähnen 14b ausgebildet. Die Zahnstruktur 22b schließt radial nach innen direkt an die Statorzähne 14b an. Die Zahnstruktur 22b weist eine Vielzahl von Zahnelementen 28b auf. Die Zahnstruktur 22b besteht abwechselnd aus Zahnelementen 28b und Lücken zwischen den Zahnelementen 28b. Die Zahnelemente 28b sind von zahnförmigen Erhebungen gebildet. Die Zahnelemente 28b der Zahnstruktur 22b sind von schmalen Stegen gebildet, welche sich mit einer Haupterstreckungsrichtung jeweils parallel zu einer Drehachse der Elektromotorvorrichtung 10b erstrecken. Die Anzahl an Zahnelementen 28b ist wesentlich größer als eine Anzahl an effektiven Statorpolen. Vorzugsweise beträgt eine Anzahl von Zahnelementen 28b mehr als 50, vorzugsweise mehr als 70. Bevorzugt beträgt eine Anzahl von Zahnelementen 28b weniger als 130, vorzugsweise weniger als 110. Die Anzahl an Zahnelementen 28b entspricht einer Anzahl der Statorzähne 14b. Die Zahnstruktur 22b weist beispielhaft 96 Zahnelemente 28b auf. An jedem Statorzahn 14b ist genau ein Zahnelement 28b der Zahnstruktur 22b angeordnet. Ferner schließen die Lücken der Zahnstruktur 22b direkt an die Statornuten zwischen den Statorzähnen 14b an. Die Zahnelemente 28b sind jeweils von einer radial inneren Spitze jeweils eines Statorzahns 14b gebildet. Bevorzugt geht jeder Statorzahn 14b in ein Zahnelement 28b über. Die Zahnstruktur 22b besteht vollständig aus einem weichmagnetischen Material. Die Zahnstruktur 22b, die Statorzähne 14b und der Außenring 38b bestehen aus einem weichmagnetischen Material. Der zweite Radialbereich 24b ist radial innerhalb des ersten Radialbereichs 16b abgeordnet. Der zweite Radialbereich 24b erstreckt sich von einem Statorinnendurchmesser 32b des Stators 12b bis zu dem ersten Radialbereich 16b.
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Ferner weist die Elektromotorvorrichtung 10b einen Antriebsrotor 18b auf. Der Antriebsrotor 18b ist radial innerhalb des Stators 12b und axial überlappend zu dem Stator 12b angeordnet. Der Antriebsrotor 18b umfasst mehrere, vorzugsweise eine geringe Anzahl an, Permanentmagneten 44b, welche an einer nicht weiter dargestellten Antriebswelle der Elektromotorvorrichtung 10b angeordnet sind. Die Permanentmagneten 44b sind in Umfangsrichtung gleichmäßig auf der Antriebswelle angeordnet und wechseln sich hinsichtlich ihrer Polung ab. Der Antriebsrotor 18b weist beispielhaft genau acht Permanentmagneten 44b auf. Der Antriebsrotor 18b wird in einem Betrieb direkt von dem Stator 12b angetrieben. Der Stator 12b und der Antriebsrotor 18b bilden einen Elektromotor der Elektromotorvorrichtung 10b.
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Des Weiteren weist die Elektromotorvorrichtung 10b einen koaxial zu dem Antriebsrotor 18b angeordneten Abtriebsrotor 20b auf. Der Abtriebsrotor 20b ist radial außerhalb des Antriebsrotors 18b angeordnet. Der Abtriebsrotor 20b ist radial innerhalb des Stators 12b angeordnet. Der Abtriebsrotor 20b ist radial zwischen dem Antriebsrotor 18b und dem Stator 12b angeordnet. Der Abtriebsrotor 20b ist axial überlappend zu dem Stator 12b angeordnet. Der Abtriebsrotor 20b ist axial überlappend zu dem Stator 12b und dem Antriebsrotor 18b angeordnet. Der Abtriebsrotor 20b ist dazu vorgesehen, mit einer Untersetzung gegenüber dem Antriebsrotor 18b von dem Antriebsrotor 18b angetrieben zu werden. Der Abtriebsrotor 20b wird mittels einer Magnetkraft von dem Antriebsrotor 18b angetrieben. Der Abtriebsrotor 20b, der Antriebsrotor 18b und die Zahnstruktur 22b bilden ein magnetisches Getriebe der Elektromotorvorrichtung 10b. Der Abtriebsrotor 20b weist einen nicht weiter dargestellten ringförmigen Käfig und eine Vielzahl von in dem ringförmigen Käfig gehaltenen ferromagnetischen Segmenten 26b auf. Eine Anzahl an ferromagnetischen Segmenten 26b des Abtriebsrotors 20b ist höher als eine Anzahl an Permanentmagneten 44b des Antriebsrotors 18b. Vorzugsweise beträgt eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26b mehr als 60, vorzugsweise mehr als 80. Bevorzugt beträgt eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26b weniger als 140, vorzugsweise weniger als 120. Der Abtriebsrotor 20b weist beispielhaft 88 ferromagnetische Segmente 26b auf. Ferner unterscheidet sich eine Anzahl der Zahnelemente 28b der Zahnstruktur 22b von einer Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26b des Abtriebsrotors 20b. Eine Differenz einer Anzahl der Zahnelemente 28b der Zahnstruktur 22b von einer Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26b des Abtriebsrotors 20b beträgt weniger als 30, vorzugsweise weniger als 20 und besonders bevorzugt weniger als 10. Eine Anzahl von ferromagnetischen Segmenten 26b des Abtriebsrotors 20b ist geringer als eine Anzahl der Zahnelemente 28b der Zahnstruktur 22b.
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Bezugszeichen
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- 10
- Elektromotorvorrichtung
- 12
- Stator
- 14
- Statorzahn
- 16
- Radialbereich
- 18
- Antriebsrotor
- 20
- Abtriebsrotor
- 22
- Zahnstruktur
- 24
- Radialbereich
- 26
- Segment
- 28
- Zahnelement
- 32
- Statorinnendurchmesser
- 34
- Statoraußendurchmesser
- 36
- Radialbereich
- 38
- Außenring
- 40
- Wicklungsbereich
- 42
- Endbereich
- 44
- Permanentmagnet
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007125284 [0002]
- US 9216642 B [0003]
