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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine.
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Die
EP 3 479 462 B1 beschreibt ein elektrisches Maschinensystem mit einer geradzahligen Anzahl von mechanisch und elektrisch verkoppelten Teilmaschinen, die gemeinsame magnetische Abschnitte und gemeinsame Spulen aufweisen und über mechanische Getriebe verbunden sind, wobei jede Teilmaschine einen Rotor aufweist, wobei benachbarte Teilmaschinen zueinander entgegengesetzte Drehrichtungen bei betragsmäßig gleichen Drehzahlen aufweisen.
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Die
EP 2 978 996 B1 beschreibt ein Zykloidgetriebe umfassend ein Gehäuse mit einer konzentrisch um eine Zylinderachse angeordneten, zylinderförmigen Gehäuseinnenwand, welche mit einer Innenverzahnung versehen ist, eine um die Zylinderachse drehbar gelagerte Eingangswelle mit mindestens zwei gleichmä-ßig um die Längsachse der Eingangswelle verdreht angeordneten Exzenterabschnitten gleicher Exzentrizität, eine um die Zylinderachse drehbar gelagerte Ausgangswelle, wobei die Längsachsen der Eingangswelle und der Ausgangswelle mit der Zylinderachse übereinstimmen, mindestens zwei Zykloidenscheiben, von denen jede Zykloidenscheibe um eine eigene, zentrale Drehachse drehbar auf einem Exzenterabschnitt angeordnet ist und über eine mit der Innenverzahnung kämmende Außenverzahnung verfügt, wobei die Drehachse jeder Zykloidenscheibe um die Exzentrizität zur Zylinderachse versetzt ist, wobei der Durchmesser der Zykloidenscheiben so bemessen ist, dass deren Außenverzahnung in einer Richtung mit der Innenverzahnung in Eingriff kommt, in welche Richtung der Exzenterabschnitt, auf dem eine Zykloidenscheibe angeordnet ist, momentan weist, wohingegen in der entgegengesetzten Richtung die Außenverzahnung frei von einem Eingriff mit der Innenverzahnung ist, und mindestens ein um die Zylinderachse drehbar gelagertes Ausgangsorgan, welches die Bewegungen einer oder mehrerer Zykloidenscheiben bei deren Abwälzung im Gehäuse in eine Rotationsbewegung der Ausgangswelle umwandelt, die Innenverzahnung des Gehäuses eine um eine ganze ungerade Zahl höhere Zähnezahl aufweist, als jeweils die Außenverzahnungen der Zykloidenscheiben.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine elektrische Maschine zu schaffen, die in kompakter Bauweise einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, aufweisend:
- - ein Gehäuse,
- - wenigstens einen im Gehäuse um eine erste Drehachse drehbar gelagerten ersten Rotor mit einer ersten Rotorwelle und wenigstens einen im Gehäuse um eine parallel zur ersten Drehachse beabstandet verlaufende zweite Drehachse drehbar gelagerten zweiten Rotor mit einer zweiten Rotorwelle,
- - einen im Gehäuse angeordneten Stator mit einer gemeinsamen Statorwicklung, welche über ein gemeinsames Feld sowohl mit dem wenigstens einen ersten Rotor als auch mit dem wenigstens einen zweiten Rotor elektromotorisch oder generatorisch zusammenwirkt,
- - einen im Gehäuse drehbar gelagerter Zykloidgetriebe-Umfangsring mit einem Innenwälzprofil,
- - eine im Gehäuse angeordnete Rollenstiftscheibe mit mehreren über einen Umfang verteilt angeordneten Eingriffsstiften,
- - eine nicht-umlaufende, exzentrisch zirkulierende Zykloidenscheibe mit einem auf dem Innenwälzprofil des Zykloidgetriebe-Umfangsrings abwälzenden Außenwälzprofil, mit einer der Anzahl der Eingriffsstiften entsprechenden Anzahl von Ausnehmungen, von denen jede eine Innenumfangskontur aufweist, an der jeweils ein Eingriffsstift der Rollenstiftscheibe abläuft, und mit einer der Anzahl der Rotorwellen entsprechenden Anzahl von Lagerbohrungen, von denen wenigstens eine erste Lagerbohrung einen ersten Exzenterkörper aufnimmt, welcher mit der ersten Rotorwelle des ersten Rotors drehmomentgekoppelt ist und von denen wenigstens eine zweite Lagerbohrung einen zweiten Exzenterkörper aufnimmt, welcher mit der zweiten Rotorwelle des zweiten Rotors drehmomentgekoppelt ist.
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Die Aufgabe wird unter Verwirklichung derselben erfinderischen Idee auch gelöst durch eine elektrische Maschine mit einer lediglich abgewandelten Konfiguration des Zykloidgetriebeteils, jedoch unter Nutzung derselben erfindungsgemäßen Lösung, aufweisend:
- - ein Gehäuse,
- - wenigstens einen im Gehäuse um eine erste Drehachse drehbar gelagerten ersten Rotor mit einer ersten Rotorwelle und wenigstens einen im Gehäuse um eine parallel zur ersten Drehachse beabstandet verlaufende zweite Drehachse drehbar gelagerten zweiten Rotor mit einer zweiten Rotorwelle,
- - einen im Gehäuse angeordneten Stator mit einer gemeinsamen Statorwicklung, welche über ein gemeinsames Feld sowohl mit dem wenigstens einen ersten Rotor als auch mit dem wenigstens einen zweiten Rotor elektromotorisch oder generatorisch zusammenwirkt,
- - einen im Gehäuse nicht-umlaufenden, exzentrisch zirkulierenden Zykloidgetriebe-Umfangsring mit einem Innenwälzprofil, und mit einer der Anzahl der Rotorwellen entsprechenden Anzahl von Lagerbohrungen, von denen wenigstens eine erste Lagerbohrung einen ersten Exzenterkörper aufnimmt, welcher mit der ersten Rotorwelle des ersten Rotors drehmomentgekoppelt ist und von denen wenigstens eine zweite Lagerbohrung einen zweiten Exzenterkörper aufnimmt, welcher mit der zweiten Rotorwelle des zweiten Rotors drehmomentgekoppelt ist,
- - eine im Gehäuse angeordnete Rollenstiftscheibe mit mehreren über einen Umfang verteilt angeordneten Eingriffsstiften,
- - eine im Gehäuse drehbar gelagerte Zykloidenscheibe mit einem auf dem Innenwälzprofil des Umfangsrings abwälzenden Außenwälzprofil, mit einer der Anzahl der Eingriffsstiften entsprechenden Anzahl von Ausnehmungen, von denen jede eine Innenumfangskontur aufweist, an der jeweils ein Eingriffsstift der Rollenstiftscheibe abläuft.
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Die elektrische Maschine kann in einer ersten Arbeitsweise als elektrischer Motor betrieben werden. In der Arbeitsweise als elektrischer Motor kann die Statorwicklung entsprechend mit elektrischer Energie versorgt werden, um eine entsprechendes Feld, insbesondere Drehfeld zu erzeugen, in dessen Einflussbereich die mehreren Rotoren angetrieben werden. Die Rotoren können insoweit Motorwellen aufweisen, welche jeweils ein Drehmoment abgeben, um die angekoppelten Exzenterkörper anzutreiben. Die mittels dieser elektrischen Motoren angetriebenen Exzenterkörper treiben dann ihrerseits das in die elektrische Maschine integrierte Zykloidengetriebe an.
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Die elektrische Maschine kann in einer zweiten Arbeitsweise aber auch als Generator betrieben werden. In der Arbeitsweise als Generator können die Motorwellen über das Zykloidengetriebe und somit über die Exzenterkörper angetrieben werden, wodurch aufgrund der sich angetrieben drehenden Rotoren ein Feld, insbesondere Drehfeld erzeigt wird, in dessen Wirkungsbereich in der Statorwicklung eine elektrische Spannung und ein Stromfluss induziert wird. An den elektrischen Anschlüssen der Statorwicklung kann folglich elektrische Energie abgenommen werden.
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Die Statorwicklung kann einen gemeinsamen elektrischen Kreis bilden. Alternativ kann die Statorwicklung mehrere Teilwicklungen umfassen, die dann allerdings zu einem gemeinsamen elektrischen Kreis zusammengeschlossen sind, der gemeinsam angesteuert wird.
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Das Gehäuse kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere können die Rotoren und die Statorwicklung in einem ersten Gehäuseteil untergebracht sein und die Komponenten des in die elektrische Maschine integrierten Zykloidengetriebes können in einem anderen, zweiten Gehäuseteil untergebracht sein.
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In Abhängigkeit der Ausgestaltung der Statorwicklung können alle Rotoren gleichsinnig drehend konfiguriert sein oder jeweils paarweise gegensinnig drehend konfiguriert sein. Im Falle von gegensinnig drehend konfigurierten Rotoren können den sich gegenläufig bewegenden Rotoren separate Getriebestufen zugeordnet sein, welche die Drehrichtung umkehren, um die Drehrichtung an die jeweilige Drehrichtung der anderen Rotoren anzupassen, so dass trotz sich gegenläufig bewegenden Rotoren, die jeweils angekoppelten Exzenterkörper alle in dieselbe Drehrichtung drehen.
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Erfindungsgemäß werden die mehreren Rotorwellen einer kombinierten elektrischen Maschine mit mehreren Rotoren und einem gemeinsamen Stator als mehrere Anschlussglieder genutzt, um an ein gemeinsames Getriebe anzukoppeln, das bauartbedingt mehrere gleichwertige Gegenanschlussglieder am Getriebe aufweist, so dass jede Rotorwelle an ein zugeordnetes Gegenanschlussglieder des Getriebes angeschlossen ist. Entsprechende mehrere gleichwertige Gegenanschlussglieder des Getriebes können speziell die Exzenterkörper eines Zykloidgetriebes mit mehreren Exzentern sein. Die Exzenterkörper des Zykloidgetriebes können - je nach Konfiguration - mit der wenigstens einen Zykloidenscheibe zusammenwirken oder mit dem Zykloidgetriebe-Umfangsring zusammenwirken. In beiden Konfigurationen des Zykloidgetriebes weist das Zykloidgetriebe somit mehrere Gegenanschlussglieder auf. Die mehreren Gegenanschlussglieder bzw. Exzenterkörper können insoweit entweder den Drehmoment-Ausgang des Zykloidgetriebes bilden und den Drehmoment-Eingang des Zykloidgetriebes bilden, je nachdem, ob die elektrische Maschine elektromotorisch oder generatorisch betrieben wird, oder mit einer Übersetzung ins Langsame oder mit einer Übersetzung ins Schnelle betrieben wird.
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Gegebenenfalls kann in Abwandlung zu einem Zykloidgetriebe in Verbindung mit der elektrischen Maschine ein echtes Planetengetriebe zur Anwendung kommen, bei dem die mehreren Rotorwellen an die mehreren Planetenräder des echten Planetengetriebes angekoppelt sind. Als echtes Planetengetriebe wird insoweit ein Planetengetriebe verstanden, bei dem ein Drehmoment zwischen einem Sonnenrad und einem Hohlrad mittels der mehreren Planetenräder übertragen wird. Demgemäß würden hierbei sämtliche vorhandenen Planetenräder, an die jeweils eine der mehreren Rotorwellen aller Rotoren angekoppelt sind, mit ihren Drehachsen auf demselben Umfang liegen.
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Im Falle eines der Zykloidgetriebe wird entweder die Zykloidenscheibe exzentrisch zirkulierend bewegt oder der Zykloidgetriebe-Umfangsring exzentrisch zirkulierend bewegt. In beiden Fällen erfolgt das exzentrisch zirkulierende Bewegen jedoch nicht-umlaufend, d.h. die Zykloidenscheibe ist dabei nicht umlauffähig bzw. der Zykloidgetriebe-Umfangsring ist dabei nicht umlauffähig. Dies ist auch notwendig, um die mehreren Rotorwellen der mehreren Rotoren über die Exzenterkörper ankoppeln zu können, wenn der gemeinsame Stator stationär ausgebildet ist, d.h. im Gehäuse festgelegt ist.
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Im Falle einer nicht-umlaufenden Anordnung der Zykloidenscheibe, die mit den Exzenterkörpern gekoppelt ist, ergibt sich eine Zykloidgetriebeanordnung bei welcher der Zykloidgetriebe-Umfangsring umläuft. Im Gegensatz zur üblichen Konfiguration, bei welcher der Zykloidgetriebe-Umfangsring feststehend ausgeführt ist und die Zykloidenscheibe nicht nur eine exzentrisch zirkulierende Bewegung ausführt, sondern auch umläuft.
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Im Falle einer nicht-umlaufenden Anordnung des Zykloidgetriebe-Umfangsrings, der mit den Exzenterkörpern gekoppelt ist, ergibt sich eine Zykloidgetriebeanordnung bei welcher der Zykloidgetriebe-Umfangsring nicht umläuft. Demgemäß läuft in dieser Konfiguration die Zykloidenscheibe um, ohne dass die Zykloidenscheibe jedoch mit Exzenterkörpern gekoppelt wäre.
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Die Statorwicklung kann ausgebildet sein, über das gemeinsame Feld mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor gleichsinnig drehend elektromotorisch oder generatorisch zusammenzuwirken, wobei jeder Exzenterkörper mit seiner zugeordneten Rotorwelle direkt verbunden ist.
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Die elektrische Maschine weist wenigstens einen (einzigen) ersten Rotor und wenigstens einen (einzigen) zweiten Rotor auf. Die elektrische Maschinen umfasst in diesem Fall genau zwei Rotoren und einen Stator.
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Die elektrische Maschine kann mehrere erste Rotoren und mehrere zweite Rotoren aufweisen. Insbesondere kann die elektrische Maschine mehrere Paare von ersten und zweiten Rotoren aufweisen. Die elektrische Maschinen kann also beispielsweise zwei, vier oder sechs Rotoren und einen gemeinsamen Stator umfassen.
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Je nachdem ob alle Rotoren gleichsinnig drehen oder jeweils ein Paar gegensinnig dreht, können die in die nicht gewünschte Drehrichtung drehenden Rotoren mit einer Getriebestufe versehen sein, welche die nicht gewünschte Drehrichtung an den betreffenden Rotoren umdreht. Beispielsweise kann eine solche Getriebestufe eine einfache Stirnradstufe umfassen. Alternativ kann ein Übertragungsmittel zwischengeschaltet sein, beispielsweise eine Kette oder ein Riemen.
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Statt einer Getriebestufe zur Änderung der Drehrichtung für Rotoren, die in eine nicht gewünschte Drehrichtung drehen, kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass die Statorwicklung oder die mehreren Statorwicklungen so geführt werden, dass ein Feld oder mehrere Felder gebildet werden können, die bewirken, dass alle Rotoren der elektrischen Maschine in dieselbe, gewünschte Drehrichtung drehen. Dann können Getriebestufen zur Drehrichtungsumkehr entfallen.
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Die Statorwicklung kann ausgebildet sein, über das gemeinsame Feld mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor gegensinnig drehend elektromotorisch oder generatorisch zusammenzuwirken, wobei der wenigstens eine zweite Exzenterkörper mit seiner zugeordneten zweiten Rotorwelle über eine drehrichtungsändernde Getriebestufe verbunden ist.
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Die drehrichtungsändernde Getriebestufe kann jeweils ein mit dem wenigstens einen ersten Exzenterkörper verbundenes erstes Exzenterzahnrad und ein mit dem wenigstens einen zweiten Exzenterkörper verbundenes zweites Exzenterzahnrad aufweisen, sowie ein mit der ersten Rotorwelle verbundenes erstes Ritzel und ein mit der zweiten Rotorwelle verbundenes zweites Ritzel aufweisen, wobei das erste Exzenterzahnrad, das zweite Exzenterzahnrad, das erste Ritzel und das zweite Ritzel mittels einer Kette derart gekoppelt sind, dass das erste Exzenterzahnrad, das zweite Exzenterzahnrad und das erste Ritzel sich in dieselbe Drehrichtung drehen und das zweite Ritzel in die entgegengesetzte Richtung dreht.
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Die drehrichtungsändernde Getriebestufe kann jeweils ein mit dem wenigstens einen ersten Exzenterkörper verbundenes erstes Exzenterriemenrad und ein mit dem wenigstens einen zweiten Exzenterkörper verbundenes zweites Exzenterriemenrad aufweisen, sowie ein mit der ersten Rotorwelle verbundenes erstes Riemenrad und ein mit der zweiten Rotorwelle verbundenes zweites Riemenrad aufweisen, wobei das erste Exzenterriemenrad, das zweite Exzenterriemenrad, das erste Riemenrad und das zweite Riemenrad mittels eines Riemens derart gekoppelt sind, dass das erste Exzenterriemenrad, das zweite Exzenterriemenrad und das erste Riemenrad sich in dieselbe Drehrichtung drehen und das zweite Riemenrad in die entgegengesetzte Richtung dreht.
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Die drehrichtungsändernde Getriebestufe kann jeweils ein mit dem wenigstens einen ersten Exzenterkörper verbundenes erstes Exzenterzahnrad und ein mit der ersten Rotorwelle verbundenes erstes Ritzel aufweisen, das mit dem ersten Exzenterzahnrad kämmt, und der zweite Exzenterkörper kann dabei direkt mit der zweiten Rotorwelle verbunden sein, so dass der erste Exzenterkörper und der zweite Exzenterkörper in dieselbe Drehrichtung drehen, wobei die erste Rotorwelle in die entgegengesetzte Richtung zur zweiten Rotorwelle dreht.
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Der wenigstens eine erste Rotor und der wenigstens eine zweite Rotor können in Zusammenwirken mit der Statorwicklung als elektrischer Motor ausgebildet sein, bei dem der drehbar gelagerte Zykloidgetriebe-Umfangsring zur Bildung einer Übersetzung ins Langsame ein Abtriebsglied bildet.
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In der Ausführung als elektrischer Motor wird der Statorwicklung elektrische Energie zugeführt, um ein Drehfeld zu erzeugen, welches ein Rotieren der Rotoren bewirkt. Die elektrische Energie kann beispielsweise mittels feldorientierter Regelung geregelt der Statorwicklung zugeführt werden. Als geregelter elektrischer Antrieb kann so die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit der Rotoren gesteuert bzw. geregelt werden. Das aufgrund der in die Statorwicklung zugeführten elektrischen Energie erzeugte mechanische Drehmoment kann über die Rotorwellen an die Exzenterkörper abgegeben werden. Die Exzenterkörper bilden insoweit die Eingangsglieder in den Getriebeteil der elektrischen Maschine, die insoweit einen elektrischen Antrieb bilden kann. Die Exzenterkörper treiben dann die Zykloidenscheibe an bzw. treiben den Zykloidgetriebe-Umfangsring an. Je nach weiterer Konfiguration der Zykloidgetriebestufe kann dann der Zykloidgetriebe-Umfangsring oder die Rollenstiftscheibe einen Abtrieb der Zykloidgetriebestufe bilden, von dem ein insoweit gewandeltes Drehmoment abgenommen werden kann.
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Der wenigstens eine erste Rotor und der wenigstens eine zweite Rotor können in Zusammenwirken mit der Statorwicklung als Generator ausgebildet sein, bei dem der drehbar gelagerte Zykloidgetriebe-Umfangsring zur Bildung einer Übersetzung ins Schnelle ein Antriebsglied bildet.
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In einer solchen Ausführung bildet der Zykloidgetriebe-Umfangsring ein Antriebsglied, über das ein mechanisches Drehmoment in den Getriebeteil der elektrischen Maschine eingeleitet werden kann. Im Getriebeteil wird das eingeleitete Drehmoment gewandelt und dann auf die Exzenterkörper verteilt und somit gleichmäßig auf alle Rotorwellen eingeleitet und dann an die Rotoren abgegeben. Die Rotoren wiederum erzeugen aufgrund des eingebrachten mechanischen Drehmoments ein Feld, durch welches in der Statorwicklung eine elektrische Spannung und ein Stromfluss induziert wird. An den elektrischen Anschlüssen der Statorwicklung kann folglich eine erzeugte elektrische Energie abgenommen werden.
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Die elektrische Maschine kann insgesamt zwei erste Rotoren und zwei zweite Rotoren aufweisen, wobei jeder der vier Rotoren jeweils einen Exzenterkörper antreibt, derart, dass die insgesamt vier Exzenterkörper gleichsinnig drehangetrieben sind, um die Zykloidenscheibe nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend anzutreiben.
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Die vier Exzenterkörper können demgemäß auf einem gemeinsamen Umfangskreis liegend, jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt zueinander angeordnet sein, so dass sie gleichmäßig an die Zykloidenscheibe angekoppelt sind.
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Jeder erste Rotor und jeder zweiter zwei Rotor können jeweils einen axial vorgelagerten Exzenterkörper und einen zum axial vorgelagerten Exzenterkörper um 180 gedreht angeordneten axial nachgelagerten Exzenterkörper aufweisen, und alle vorgelagerten Exzenterkörper können dabei eine erste Zykloidenscheibe nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend antreiben und alle nachgelagerten Exzenterkörper eine zweite Zykloidenscheibe nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend antreiben, wobei sowohl das Außenwälzprofil der ersten Zykloidenscheibe als auch das Außenwälzprofil der zweiten Zykloidenscheibe in das Innenwälzprofil des Zykloidgetriebe-Umfangsrings eingreifen.
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In dieser Variante weist das Zykloidgetriebeteil der elektrischen Maschine zum weitgehenden Ausgleich der Massenkräfte zwei Zykloidenscheiben auf.
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Wie eingangs bereits erwähnt, kann die Aufgabe in gleichwirkender Weise auch gelöst werden durch ein elektrische Maschine, aufweisend:
- - ein Gehäuse,
- - wenigstens einen im Gehäuse um eine erste Drehachse drehbar gelagerten ersten Rotor mit einer ersten Rotorwelle und wenigstens einen im Gehäuse um eine parallel zur ersten Drehachse beabstandet verlaufende zweite Drehachse drehbar gelagerten zweiten Rotor mit einer zweiten Rotorwelle,
- - einen im Gehäuse angeordneten Stator mit einer gemeinsamen Statorwicklung, welche über ein gemeinsames Feld sowohl mit dem wenigstens einen ersten Rotor als auch mit dem wenigstens einen zweiten Rotor elektromotorisch oder generatorisch zusammenwirkt,
- - einen im Gehäuse nicht-umlaufenden, exzentrisch zirkulierenden Zykloidgetriebe-Umfangsring mit einem Innenwälzprofil, und mit einer der Anzahl der Rotorwellen entsprechenden Anzahl von Lagerbohrungen, von denen wenigstens eine erste Lagerbohrung einen ersten Exzenterkörper aufnimmt, welcher mit der ersten Rotorwelle des ersten Rotors drehmomentgekoppelt ist und von denen wenigstens eine zweite Lagerbohrung einen zweiten Exzenterkörper aufnimmt, welcher mit der zweiten Rotorwelle des zweiten Rotors drehmomentgekoppelt ist,
- - eine im Gehäuse angeordnete Rollenstiftscheibe mit mehreren über einen Umfang verteilt angeordneten Eingriffsstiften,
- - eine im Gehäuse drehbar gelagerte Zykloidenscheibe mit einem auf dem Innenwälzprofil des Umfangsrings abwälzenden Außenwälzprofil, mit einer der Anzahl der Eingriffsstiften entsprechenden Anzahl von Ausnehmungen, von denen jede eine Innenumfangskontur aufweist, an der jeweils ein Eingriffsstift der Rollenstiftscheibe abläuft.
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Die Statorwicklung kann ausgebildet sein, über das gemeinsame Feld mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor gleichsinnig drehend elektromotorisch oder generatorisch zusammenzuwirken, wobei jeder Exzenterkörper mit seiner zugeordneten Rotorwelle direkt verbunden ist.
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Die elektrische Maschine weist wenigstens einen (einzigen) ersten Rotor und wenigstens einen (einzigen) zweiten Rotor auf. Die elektrische Maschinen umfasst in diesem Fall genau zwei Rotoren und einen Stator.
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Die elektrische Maschine kann mehrere erste Rotoren und mehrere zweite Rotoren aufweisen. Insbesondere kann die elektrische Maschine mehrere Paare von ersten und zweiten Rotoren aufweisen. Die elektrische Maschinen kann also beispielsweise zwei, vier oder sechs Rotoren und einen gemeinsamen Stator umfassen.
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Die Statorwicklung kann ausgebildet sein, über das gemeinsame Feld mit dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor gegensinnig drehend elektromotorisch oder generatorisch zusammenzuwirken, wobei der wenigstens eine zweite Exzenterkörper mit seiner zugeordneten zweiten Rotorwelle über eine drehrichtungsändernde Getriebestufe verbunden ist.
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Die drehrichtungsändernde Getriebestufe kann jeweils ein mit dem wenigstens einen ersten Exzenterkörper verbundenes erstes Exzenterzahnrad und ein mit dem wenigstens einen zweiten Exzenterkörper verbundenes zweites Exzenterzahnrad aufweisen, sowie ein mit der ersten Rotorwelle verbundenes erstes Ritzel und ein mit der zweiten Rotorwelle verbundenes zweites Ritzel aufweisen, wobei das erste Exzenterzahnrad, das zweite Exzenterzahnrad, das erste Ritzel und das zweite Ritzel mittels einer Kette derart gekoppelt sind, dass das erste Exzenterzahnrad, das zweite Exzenterzahnrad und das erste Ritzel sich in dieselbe Drehrichtung drehen und das zweite Ritzel in die entgegengesetzte Richtung dreht.
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Die drehrichtungsändernde Getriebestufe kann jeweils ein mit dem wenigstens einen ersten Exzenterkörper verbundenes erstes Exzenterriemenrad und ein mit dem wenigstens einen zweiten Exzenterkörper verbundenes zweites Exzenterriemenrad aufweisen, sowie ein mit der ersten Rotorwelle verbundenes erstes Riemenrad und ein mit der zweiten Rotorwelle verbundenes zweites Riemenrad aufweisen, wobei das erste Exzenterriemenrad, das zweite Exzenterriemenrad, das erste Riemenrad und das zweite Riemenrad mittels eines Riemens derart gekoppelt sind, dass das erste Exzenterriemenrad, das zweite Exzenterriemenrad und das erste Riemenrad sich in dieselbe Drehrichtung drehen und das zweite Riemenrad in die entgegengesetzte Richtung dreht.
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Die drehrichtungsändernde Getriebestufe kann jeweils ein mit dem wenigstens einen ersten Exzenterkörper verbundenes erstes Exzenterzahnrad und ein mit der ersten Rotorwelle verbundenes erstes Ritzel aufweisen, das mit dem ersten Exzenterzahnrad kämmt, und der zweite Exzenterkörper kann dabei direkt mit der zweiten Rotorwelle verbunden sein, so dass der erste Exzenterkörper und der zweite Exzenterkörper in dieselbe Drehrichtung drehen, wobei die erste Rotorwelle in die entgegengesetzte Richtung zur zweiten Rotorwelle dreht.
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Der wenigstens eine erste Rotor und der wenigstens eine zweite Rotor können in Zusammenwirken mit der Statorwicklung als elektrischer Motor ausgebildet sein, bei dem die drehbar gelagerte Zykloidenscheibe zur Bildung einer Übersetzung ins Schnelle ein Abtriebsglied bildet.
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In der Ausführung als elektrischer Motor wird der Statorwicklung elektrische Energie zugeführt, um ein Drehfeld zu erzeugen, welches ein Rotieren der Rotoren bewirkt. Die elektrische Energie kann beispielsweise mittels feldorientierter Regelung geregelt der Statorwicklung zugeführt werden. Als geregelter elektrischer Antrieb kann so die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit der Rotoren gesteuert bzw. geregelt werden. Das aufgrund der in die Statorwicklung zugeführten elektrischen Energie erzeugte mechanische Drehmoment kann über die Rotorwellen an die Exzenterkörper abgegeben werden. Die Exzenterkörper bilden insoweit die Eingangsglieder in den Getriebeteil der elektrischen Maschine, die insoweit einen elektrischen Antrieb bilden kann. Die Exzenterkörper treiben dann die Zykloidenscheibe an bzw. treiben den Zykloidgetriebe-Umfangsring an. Je nach weiterer Konfiguration der Zykloidgetriebestufe kann dann der Zykloidgetriebe-Umfangsring oder die Rollenstiftscheibe einen Abtrieb der Zykloidgetriebestufe bilden, von dem ein insoweit gewandeltes Drehmoment abgenommen werden kann.
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Der wenigstens eine erste Rotor und der wenigstens eine zweite Rotor können in Zusammenwirken mit der Statorwicklung als Generator ausgebildet sein, bei dem die drehbar gelagerte Zykloidenscheibe zur Bildung einer Übersetzung ins Langsame ein Antriebsglied bildet.
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In einer solchen Ausführung bildet der Zykloidgetriebe-Umfangsring ein Antriebsglied, über das ein mechanisches Drehmoment in den Getriebeteil der elektrischen Maschine eingeleitet werden kann. Im Getriebeteil wird das eingeleitete Drehmoment gewandelt und dann auf die Exzenterkörper verteilt und somit gleichmäßig auf alle Rotorwellen eingeleitet und dann an die Rotoren abgegeben. Die Rotoren wiederum erzeugen aufgrund des eingebrachten mechanischen Drehmoments ein Feld, durch welches in der Statorwicklung eine elektrische Spannung und ein Stromfluss induziert wird. An den elektrischen Anschlüssen der Statorwicklung kann folglich eine erzeugte elektrische Energie abgenommen werden.
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Die elektrische Maschine kann insgesamt zwei erste Rotoren und zwei zweite Rotoren aufweisen, wobei jeder der vier Rotoren jeweils einen Exzenterkörper antreibt, derart, dass die insgesamt vier Exzenterkörper gleichsinnig drehangetrieben sind, um den Zykloidgetriebe-Umfangsring nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend anzutreiben.
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Die vier Exzenterkörper können demgemäß auf einem gemeinsamen Umfangskreis liegend, jeweils um 90 Grad gegeneinander versetzt zueinander angeordnet sein, so dass sie gleichmäßig an den Zykloidgetriebe-Umfangsring angekoppelt sind.
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Jeder erste Rotor und jeder zweiter zwei Rotor kann jeweils einen axial vorgelagerten Exzenterkörper und einen zum axial vorgelagerten Exzenterkörper um 180 gedreht angeordneten axial nachgelagerten Exzenterkörper aufweisen, und alle vorgelagerten Exzenterkörper können einen ersten Zykloidgetriebe-Umfangsring nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend antreiben und alle nachgelagerten Exzenterkörper können dabei einen zweiten Zykloidgetriebe-Umfangsring nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend antreiben, wobei sowohl das Innenwälzprofil des ersten Zykloidgetriebe-Umfangsrings als auch das Innenwälzprofil des zweiten Zykloidgetriebe-Umfangsrings in das Außenwälzprofil der Zykloidenscheibe eingreifen.
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Auch in dieser Variante weist das Zykloidgetriebeteil der elektrischen Maschine zum weitgehenden Ausgleich der Massenkräfte zwei Zykloidenscheiben auf.
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Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der mehreren Rotoren der elektrischen Maschine in Zusammenwirken mit einem gemeinsamen Stator der elektrischen Maschine im gemeinsamen Feld,
- 2 eine schematische Darstellung des Zykloidgetriebeteils der elektrischen Maschine mit einer von mehreren Exzenterkörpern angetriebenen Zykloidenscheibe,
- 3 eine schematische Darstellung des Zykloidgetriebeteils der elektrischen Maschine gemäß 2 mit einer drehrichtungsanpassenden Kopplung über einen Riemen bzw. eine Kette in einer ersten Drehstellung der Zykloidenscheibe und des Zykloidgetriebe-Umfangsrings,
- 4 eine schematische Darstellung des Zykloidgetriebeteils der elektrischen Maschine gemäß 2 mit einer drehrichtungsanpassenden Kopplung über einen Riemen bzw. eine Kette in einer zweiten Drehstellung der Zykloidenscheibe und des Zykloidgetriebe-Umfangsrings,
- 5 eine schematische Darstellung des Zykloidgetriebeteils der elektrischen Maschine gemäß 2 mit einer drehrichtungsanpassenden Kopplung über einen Riemen bzw. eine Kette in einer dritten Drehstellung der Zykloidenscheibe und des Zykloidgetriebe-Umfangsrings,
- 6 eine schematische Darstellung des Zykloidgetriebeteils der elektrischen Maschine gemäß 2 mit einer drehrichtungsanpassenden Kopplung über einen Riemen bzw. eine Kette in einer vierten Drehstellung der Zykloidenscheibe und des Zykloidgetriebe-Umfangsrings, und
- 7 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Form der der elektrischen Maschine, bei der die Rotoren bzw. die Exzenterkörper statt an die Zykloidenscheibe an den Zykloidgetriebe-Umfangsring gekoppelt sind.
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In der 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer elektrische Maschine 1 dargestellt. Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf.
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Die elektrische Maschine 1 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels genau zwei im Gehäuse 2 um eine erste Drehachse D1 drehbar gelagerte erste Rotoren 3.1 mit jeweils einer ersten Rotorwelle 4.1 und zwei im Gehäuse 2 um eine parallel zur ersten Drehachse D1 beabstandet verlaufende zweite Drehachse D2 drehbar gelagerte zweite Rotoren 3.2 mit jeweils einer zweiten Rotorwelle 4.2 auf.
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Die elektrische Maschine 1 weist einen im Gehäuse 2 angeordneten Stator 5 mit einer gemeinsamen Statorwicklung auf, welche über ein gemeinsames Feld 6 sowohl mit dem wenigstens einen ersten Rotor 3.1 als auch mit dem wenigstens einen zweiten Rotor 3.2 elektromotorisch oder generatorisch zusammenwirkt.
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Die elektrische Maschine 1 weist außerdem einen im Gehäuse 2 drehbar gelagerter Zykloidgetriebe-Umfangsring 7 mit einem Innenwälzprofil 7a auf.
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Die elektrische Maschine 1 umfasst des Weiteren eine im Gehäuse 2 angeordnete Rollenstiftscheibe 8 mit mehreren über einen Umfang verteilt angeordneten Eingriffsstiften 8a. Die Eingriffsstiften 8a der Rollenstiftscheibe 8 greifen in Ausnehmungen 9 einer Zykloidenscheibe 10 ein.
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Die elektrische Maschine 1 weist demgemäß auch eine nicht-umlaufende, exzentrisch zirkulierende Zykloidenscheibe 10 mit einem auf dem Innenwälzprofil 7a des Zykloidgetriebe-Umfangsrings 7 abwälzenden Außenwälzprofil 10a auf, mit einer der Anzahl der Eingriffsstiften 8a entsprechenden Anzahl von Ausnehmungen 9, von denen jede eine Innenumfangskontur aufweist, an der jeweils ein Eingriffsstift 8a der Rollenstiftscheibe 8 abläuft.
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Die Zykloidenscheibe 10 weist eine der Anzahl der Rotorwellen 4.1, 4.2 entsprechenden Anzahl von Lagerbohrungen 11 auf, von denen wenigstens eine erste Lagerbohrung 11.1 einen ersten Exzenterkörper 12.1 aufnimmt, welcher mit der ersten Rotorwelle 4.1 des ersten Rotors 3.1 drehmomentgekoppelt ist und von denen wenigstens eine zweite Lagerbohrung 11.2 einen zweiten Exzenterkörper 12.2 aufnimmt, welcher mit der zweiten Rotorwelle 4.2 des zweiten Rotors 3.2 drehmomentgekoppelt ist.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit vier Rotoren 3.1, 3.2 gibt es somit zwei erste Rotoren 3.1 mit zwei ersten Rotorwellen 4.1 und zwei zweite Rotoren 3.2 mit zwei zweiten Rotorwellen 4.2. In 1 sind diese jeweils miteinander fluchtend bzw. hintereinander dargestellt, so dass die jeweils zwei ersten Drehachsen D1 und die jeweils zwei zweiten Drehachsen D2 zur Veranschaulichung geringfügig versetzt gezeichnet sind, die zugeordneten Paare von ersten Exzenterkörpern 12.1 und zweiten Exzenterkörpern 12.2 sind jedoch jeweils nur einfach dargestellt. In den Schnittdarstellungen der 2 bis 6 sind die insgesamt vier Rotoren 3.1, 3.2 und vier Rotorwellen 4.1, 4.2 genauer dargestellt.
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Die Statorwicklung 5 kann ausgebildet sein, über das gemeinsame Feld 6 mit den ersten Rotoren 3.1 und den zweiten Rotoren 3.2 gleichsinnig drehend elektromotorisch oder generatorisch zusammenzuwirken, wobei jeder Exzenterkörper 12.1, 12.2 mit seiner zugeordneten Rotorwelle 4.1 bzw. 4.2 direkt verbunden sein kann.
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Im Falle der Darstellung gemäß 1 ist die Statorwicklung 5 jedoch ausgebildet, über das gemeinsame Feld 6 mit den beiden ersten Rotoren 3.1 und den beiden zweiten Rotoren 3.2 gegensinnig drehend elektromotorisch oder generatorisch zusammenzuwirken, wie dies durch die Pfeile P veranschaulicht ist, wobei die zweiten Exzenterkörper 12.2 mit ihren zugeordneten zweiten Rotorwellen 4.2 über eine drehrichtungsändernde Getriebestufe 13 verbunden sind.
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Wie in 3 bis 6 durch das allgemeine Zugmittel 14 veranschaulicht ist, kann die drehrichtungsändernde Getriebestufe 13 jeweils ein mit dem wenigstens einen ersten Exzenterkörper 12.1 verbundenes erstes Exzenterzahnrad 15.1 und ein mit dem wenigstens einen zweiten Exzenterkörper 12.2 verbundenes zweites Exzenterzahnrad 15.2 aufweisen, sowie ein mit der ersten Rotorwelle 4.1 verbundenes erstes Ritzel 16.1 und ein mit der zweiten Rotorwelle 4.2 verbundenes zweites Ritzel 16.2 aufweisen, wobei das erste Exzenterzahnrad 15.1, das zweite Exzenterzahnrad 15.2, das erste Ritzel 16.1 und das zweite Ritzel 16.2 mittels einer Kette 14a oder eines Riemens 14b derart gekoppelt sind, dass das erste Exzenterzahnrad 15.1, das zweite Exzenterzahnrad 15.2 und das erste Ritzel 16.1 sich in dieselbe Drehrichtung drehen und das zweite Ritzel 16.2 in die entgegengesetzte Richtung dreht.
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In Verbindung mit einem Riemen 14b statt einer Kette 14a können statt der ersten Exzenterzahnräder 15.1, der zweiten Exzenterzahnräder 15.2, der ersten Ritzel 16.1 und der zweiten Ritzel 16.2 austauschweise in Anpassung an den Riemen 14b erste Exzenterriemenräder 17.1, zweite Exzenterriemenräder 17.2, erste Riemenräder 18.1 und zweite Riemenräder 18.2 vorgesehen sein.
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Die elektrische Maschine 1 kann gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel also insgesamt zwei erste Rotoren 3.1 und zwei zweite Rotoren 3.2 aufweisen, wobei jeder der vier Rotoren 3.1, 3.2 jeweils einen Exzenterkörper 12.1, 12.2 antreibt, derart, dass die insgesamt vier Exzenterkörper 12.1, 12.2 gleichsinnig drehangetrieben sind, um die Zykloidenscheibe 10 nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend anzutreiben.
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Die Figuren zeigen den Zykloidgetriebeteil jeweils nur rein schematisch und sollen lediglich den grundlegenden funktionalen Zusammenhang veranschaulichen. Die genauen Konturen der gegeneinander abwälzenden Profile sind in den Figuren demgemäß nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeigt und können gegebenenfalls von den gezeigten Ausmaßen abweichen. Auch müssen das Außenwälzprofil der Zykloidenscheibe 10 und das Innenwälzprofil des Zykloidgetriebe-Umfangsrings 7, 27 nicht wie gezeigt realisiert sein, sondern können beispielsweise andere Arten, Formen, Größen und Anzahlen von ineinandergreifenden Zähnen oder Profilflanken aufweisen, soweit dies technisch sinnvoll ist.
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Die 3 bis 6 zeigt insoweit eine Abfolge von unterschiedlichen Drehstellungen der ersten Exzenterkörper 12.1 und zweiten Exzenterkörper 12.2 und die jeweils zugeordnete Stellung der Zykloidenscheibe 10. In 3 stehen die Exzenterkörper 12.1, 12.2 beispielsweise in einer nach unten vorspringenden Stellung, bei der folglich ein unterer Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 mit dem Zykloidgetriebe-Umfangsrings 7 in Eingriff ist. In 4 stehen die Exzenterkörper 12.1, 12.2 beispielsweise in einer nach rechts vorspringenden Stellung, bei der folglich ein nach rechts weisender Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 mit dem Zykloidgetriebe-Umfangsrings 7 in Eingriff ist. Der untere Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 gerät dabei allmählich außer Eingriff. In 5 stehen die Exzenterkörper 12.1, 12.2 beispielsweise in einer nach oben vorspringenden Stellung, bei der folglich ein nach oben weisender Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 mit dem Zykloidgetriebe-Umfangsrings 7 in Eingriff ist. Der untere und rechte Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 gerät dabei allmählich außer Eingriff. In 6 wiederum stehen die Exzenterkörper 12.1, 12.2 beispielsweise in einer nach links vorspringenden Stellung, bei der folglich ein nach links weisender Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 mit dem Zykloidgetriebe-Umfangsrings 7 in Eingriff ist. Der obere Abschnitt der Zykloidenscheibe 10 gerät dabei allmählich außer Eingriff und ein Eingriff der Zykloidenscheibe 10 in den Zykloidgetriebe-Umfangsring 7 in einem unteren Abschnitt steht kurz bevor.
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Wie eingangs bereits erwähnt, kann die Aufgabe in gleichwirkender Weise auch gelöst werden durch ein elektrische Maschine 1 mit einem etwas abgewandelten Zykloidgetriebeteil. Dieses abgewandelte Zykloidgetriebeteil ist in 7 schematisch dargestellt.
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Das abgewandelte Zykloidgetriebeteil umfasst einen im Gehäuse 2 nicht-umlaufenden, exzentrisch zirkulierenden Zykloidgetriebe-Umfangsring 27 mit einem Innenwälzprofil 27a, und mit einer der Anzahl der Rotorwellen 4.1, 4.2 entsprechenden Anzahl von Lagerbohrungen 21, von denen wenigstens eine erste Lagerbohrung 21.1 einen ersten Exzenterkörper 22.1 aufnimmt, welcher mit der ersten Rotorwelle 4.1 des ersten Rotors 3.1 drehmomentgekoppelt ist und von denen wenigstens eine zweite Lagerbohrung 21.2 einen zweiten Exzenterkörper 22.2 aufnimmt, welcher mit der zweiten Rotorwelle 4.2 des zweiten Rotors 3.2 drehmomentgekoppelt ist.
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Das abgewandelte Zykloidgetriebeteil umfasst auch eine im Gehäuse 2 angeordnete Rollenstiftscheibe 8 mit mehreren über einen Umfang verteilt angeordneten Eingriffsstiften 8a.
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Die drehbar gelagerte Zykloidenscheibe 10 mit einem auf dem Innenwälzprofil 27a des Zykloidgetriebe-Umfangsrings 27 abwälzenden Außenwälzprofil 10a, mit einer der Anzahl der Eingriffsstiften 8a entsprechenden Anzahl von Ausnehmungen 9, von denen jede eine Innenumfangskontur aufweist, an der jeweils ein Eingriffsstift 8a der Rollenstiftscheibe 8 abläuft.
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Das abgewandelte Zykloidgetriebeteil weist im vorliegenden Fall der 7 insgesamt zwei erste Rotoren 3.1 und zwei zweite Rotoren 3.2 auf, wobei jeder der vier Rotoren 3.1, 3.2 jeweils einen Exzenterkörper 12.1, 12.2 antreibt, derart, dass die insgesamt vier Exzenterkörper 12.1, 12.2 gleichsinnig drehangetrieben sind, um den Zykloidgetriebe-Umfangsring 27 nicht-umlaufend exzentrisch zirkulierend anzutreiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3479462 B1 [0002]
- EP 2978996 B1 [0003]
