EP3622613A1 - Electric machine for a motor vehicle or motorcycle - Google Patents

Electric machine for a motor vehicle or motorcycle

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Publication number
EP3622613A1
EP3622613A1 EP18721378.0A EP18721378A EP3622613A1 EP 3622613 A1 EP3622613 A1 EP 3622613A1 EP 18721378 A EP18721378 A EP 18721378A EP 3622613 A1 EP3622613 A1 EP 3622613A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
position sensor
electric machine
electrical machine
machine according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18721378.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Brian Mclean
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3622613A1 publication Critical patent/EP3622613A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/225—Detecting coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K11/00—Motorcycles, engine-assisted cycles or motor scooters with one or two wheels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K2204/00—Adaptations for driving cycles by electric motor

Definitions

  • the invention relates to an electric machine for a motor vehicle or motorcycle, in particular an electric machine, which acts as a drive unit.
  • Electric machines for driving motor vehicles or motorcycles are well known and are increasingly used for environmental reasons.
  • the electrical machines are externally excited internal rotor machines, in which the rotational position must be determined in order to ensure control of the electrical machine.
  • the rotor position sensor / resolver in the prior art is arranged axially at the end of the rotor. This arrangement results in a significantly increased space requirement for the electric machine.
  • an electric machine provided for a motor vehicle or motorcycle comprises:
  • a rotor which is inserted into an inner space of the stator such that it rotates upon normal operation of the electric machine about an axis of rotation, wherein the rotor has a receiving space in which a rotor position sensor is accommodated, which supplies in the normal operation of the electric machine, an output signal used for controlling the electric machine indicating a rotational position of the rotor.
  • the electrical machine according to the invention is preferably an electric machine with an internal rotor (rotor), in which the stator forms the outer stationary part and defines the interior into which the rotor is inserted as the element rotating in the intended operation.
  • rotor internal rotor
  • the rotor is preferably a foreign rotor, i. the rotor carries at least one exciter coil, in which a current flow is generated in the intended operation in order to build up a magnetic field.
  • the magnetic field constituted by the exciting coil interacts with a rotating magnetic field generated by coils disposed on the stator so that the rotor rotates around the rotation axis in the designated operation.
  • the electric machine it is desirable to determine the current rotational position of the rotor in order to control the electrical machine, for example the current flow through the excitation coil, based thereon.
  • Rotation position means the amount of rotation of the stator relative to a reference position. For example, this is understood to mean the current angle of rotation with respect to the reference position, which is between 0 ° and 360 °.
  • This rotational position is determined by means of the rotor position sensor and output the corresponding output signal, which is used to control the electric machine.
  • the rotor position sensor is accommodated in the receiving space defined by the rotor.
  • the rotor position sensor may be arranged so that it rotates together with the rotor, wherein the output signal of the rotor position sensor, which indicates the rotational position, for example via sliding contacts or contactless for the corresponding control of the electric machine is transmitted to the outside.
  • the rotor position sensor may be a resolver having, for example, two resolver excitation windings fixed in the receiving space, which are excited with phase-shifted signals, and a resolver signal winding fixed to the rotor of the electric machine and providing the output indicating the rotational position of the rotor.
  • the resolver exciting windings and the resolver signal winding can also be arranged vice versa, ie, the resolver exciting windings are arranged on the rotor of the electric machine and the resolver signal winding is fixedly arranged in the receiving space.
  • the rotor position sensor is particularly preferably arranged in the receiving space of the rotor so that the rotor rotates relative to the rotor position sensor, which is fixedly arranged.
  • the electric machine according to the invention is preferably designed such that the rotor is a hollow shaft, which rotates about the axis of rotation, and the receiving space is formed by the interior of the hollow shaft.
  • the rotor position sensor is mounted in the interior space on a support element and supported by this.
  • the rotor position sensor can preferably be fastened on the carrier element in various ways.
  • the rotor position sensor can be integrated into the carrier element, ie Parts of the rotor position sensor and the carrier element are monolithic.
  • the rotor position sensor can be fixed on the carrier element in a form-fitting and / or force-locking manner and be detached from the carrier element again in a non-destructive manner.
  • a rotor position sensor is preferably used with a sensor track, wherein the sensor track is preferably provided on an inner wall defining the interior of the hollow shaft forming the rotor and moves with rotation of the rotor relative to the rotor position sensor, which provides the output signal by detecting the sensor track.
  • the rotor position sensor may, for example, be an incremental encoder which determines the output signal indicating the rotational position of the rotor by detecting the sensor track.
  • the instrumental encoder can be arranged on the carrier element and the sensor track on said inner wall. Alternatively, it is also possible in this context to arrange the incremental encoder and the sensor track vice versa.
  • the rotor position sensor may, for example, also be an absolute value transmitter, which determines the output signal indicative of the rotational position of the rotor by detecting the sensor track, which in this case is an absolute sensor track.
  • the absolute value encoder can be arranged on the carrier element and the sensor track on said inner wall.
  • the instrumental encoder and the sensor track vice versa to arrange.
  • the support member is inserted from one side of the electric machine into the interior of the rotor such that at the normal operation, the hollow shaft forming the rotor rotates relative to the carrier element.
  • the carrier element and thus the corresponding rotor position sensor can be easily assembled and disassembled by being introduced from one side into the interior. Also, this can be done well by the suspension of the support element outside the hollow shaft.
  • the carrier element is a cooling lance having at least one channel through which a cooling medium is introduced into the hollow shaft during normal operation or is discharged.
  • the rotor is a foreign rotor, wherein electrical leads, which are necessary for a connection of the rotor position sensor, extend on and / or in the carrier element and are led out from the rotor position sensor, starting from the hollow shaft, where they are connected to electrical lines for the Stranderregen the rotor are necessary to be merged into a harness.
  • a plurality of rotor position sensors for increasing a resolution of the rotational position of the rotor are arranged on the carrier element, preferably in the direction of the axis of rotation.
  • the invention also relates to a motor vehicle or a motorcycle having an electric drive unit for driving the motor vehicle or the motorcycle, wherein the drive unit is an electric machine, as has been explained above.
  • the arrangement according to the invention of the rotor position sensor makes it possible to significantly optimize the space required for the electrical machines, since the rotor position sensor no longer has to be arranged on one end side of the electric machine due to the invention.
  • the figure shows a partial section of an electric machine 1 according to the invention.
  • the electric machine 1 according to the invention is used in particular as an electric drive unit of a motor vehicle or a motorcycle.
  • the partial section is a longitudinal section.
  • the electric machine 1 includes a stator, not shown in the figure, which carries a plurality of coils for generating a rotating magnetic field, and a rotor 2.
  • the rotor 2 which is shown in the figure in longitudinal section, rotates in the intended operation of the electric machine 1 about a rotation axis R.
  • the rotor 2 is preferably a foreign-excited rotor, which carries an excitation coil, not shown for this purpose.
  • an electric current flows through the exciting coil, whereby the exciting coil generates a magnetic field that interacts with the rotating magnetic field of the stator so that the rotor 2 rotates about the rotation axis R.
  • the rotor 2 is designed as a hollow shaft, wherein an interior of the hollow shaft, through which the axis of rotation R extends, defines a receiving space.
  • a cooling lance 3 is inserted laterally into the receiving space, wherein the cooling lance 3 is arranged fixed and the rotor 2 rotates in the normal operation relative to the cooling lance 3.
  • the cooling lance 3 includes a channel 4, via which a cooling medium is introduced into the interior or receiving space.
  • the introduced cooling medium emerges in the intended operation at a connection, not shown, from the rotor 2 again.
  • the flow direction of the coolant could also be reversed.
  • the cooling medium may be, for example, a liquid.
  • the electric machine 1 includes a rotor position sensor 5, which is arranged on the cooling lance 3.
  • a locking device for fixing the rotor position sensor 5 is a locking device, not shown, into which the rotor position sensor 5 engages or in which the rotor position sensor 5 is clipped.
  • the rotor position sensor 5 could also be integrated into the cooling lance 3.
  • the rotor position sensor 5 serves for detecting the rotational position of the rotor 2 during the intended operation of the electric machine 1.
  • the rotor position sensor 5 is designed in such a way that tet, that he prefers the rotational position or angular position preferably detected absolutely.
  • a sensor track 6 is arranged opposite the rotor position sensor 5 on the inner wall of the hollow shaft or of the rotor 2.
  • the rotor position sensor 5 is set up to detect the sensor track 6 and, based thereon, to generate an output signal which preferably indicates absolutely the rotational position of the rotor 2.
  • the sensor track 6 is preferably arranged in a recess which is formed on the inside of the hollow shaft or of the rotor 2.
  • the output signal generated by the rotor position sensor 5 or the output signals generated by the plurality of rotor position sensors 5 are output to the outside via corresponding signal lines which are also mounted on the cooling lance 3, where they are processed by a corresponding control device and used for control ,

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Abstract

The invention relates to an electric machine for a motor vehicle or a motorcycle. The electric machine has: a stator; and a rotor which is inserted into the interior of the stator such that the rotor rotates about a rotational axis when the electric machine is operated as intended, wherein the rotor has a receiving area in which a rotor position sensor is received that supplies an output signal for controlling the electric machine when the electric machine is operated as intended, said output signal indicating the rotational position of the rotor.

Description

Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug oder Kraftrad  Electric machine for a motor vehicle or motorcycle
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug oder Kraftrad, insbesondere eine elektrische Maschine, die als Antriebsaggregat fungiert. The invention relates to an electric machine for a motor vehicle or motorcycle, in particular an electric machine, which acts as a drive unit.
Elektrische Maschinen für den Antrieb von Kraftfahrzeugen oder Krafträdern sind allgemein bekannt und werden in zunehmendem Maße aus ökologischen Gründen eingesetzt.  Electric machines for driving motor vehicles or motorcycles are well known and are increasingly used for environmental reasons.
Beispielsweise handelt es sich bei den elektrischen Maschinen um fremderregte Innenläufermaschinen, bei denen die Rotationsstellung ermittelt werden muss, um eine Steuerung der elektrischen Maschine zu gewährleisten.  For example, the electrical machines are externally excited internal rotor machines, in which the rotational position must be determined in order to ensure control of the electrical machine.
Im Stand der Technik ist es bekannt, die Rotationsstellung des Rotors durch einen Rotorlagegeber oder einen Resolver zu messen und das entsprechende Ausgangssignal für die Steuerung der elektrischen Maschine zu verwenden. Hierbei ist der Rotorlagegeber/Resolver im Stand der Technik axial am Ende des Rotors angeordnet. Durch diese Anordnung kommt es zu einem erheblich erhöhten Bauraumbedarf für die elektrische Maschine.  In the prior art, it is known to measure the rotational position of the rotor by a rotor position sensor or a resolver and to use the corresponding output signal for the control of the electric machine. In this case, the rotor position sensor / resolver in the prior art is arranged axially at the end of the rotor. This arrangement results in a significantly increased space requirement for the electric machine.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine zu schaffen, die einen verminderten Bauraumbedarf aufweist.  Against this background, it is an object of the present invention to provide an electrical machine which has a reduced space requirement.
Diese Aufgabe wird mit einer elektrischen Maschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.  This object is achieved with an electrical machine according to claim 1. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine für ein Kraftfahrzeug oder Kraftrad vorgesehene elektrische Maschine auf:  According to one aspect of the invention, an electric machine provided for a motor vehicle or motorcycle comprises:
einen Stator; und  a stator; and
einen Rotor, der in einen Innenraum des Stators derart eingesetzt ist, dass er sich bei bestimmungsgemäßem Betrieb der elektrischen Maschine um eine Rotationsachse dreht, wobei der Rotor einen Aufnahmeraum aufweist, in den ein Rotorlagesensor aufgenommen ist, der in dem bestimmungsgemäßem Betrieb der elektrischen Maschine ein zur Steuerung der elektrischen Maschine verwendetes Ausgangssignal liefert, das eine Rotationsstellung des Rotors angibt. a rotor, which is inserted into an inner space of the stator such that it rotates upon normal operation of the electric machine about an axis of rotation, wherein the rotor has a receiving space in which a rotor position sensor is accommodated, which supplies in the normal operation of the electric machine, an output signal used for controlling the electric machine indicating a rotational position of the rotor.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine handelt es sich bevorzugt um eine elektrische Maschine mit einem Innenläufer (Rotor), bei der der Stator den äußeren ruhenden Teil bildet und den Innenraum festlegt, in den der Rotor als das in dem bestimmungsgemäßen Betrieb rotierende Element eingesetzt ist.  The electrical machine according to the invention is preferably an electric machine with an internal rotor (rotor), in which the stator forms the outer stationary part and defines the interior into which the rotor is inserted as the element rotating in the intended operation.
Der Rotor ist bevorzugt ein fremderregter Rotor, d.h. der Rotor trägt mindestens eine Erregerspule, in der in dem bestimmungsgemäßen Betrieb ein Stromfluss erzeugt wird, um ein Magnetfeld aufzubauen. Das durch die Erregerspule aufgebaute Magnetfeld wechselwirkt mit einem Drehmagnetfeld, das durch auf dem Stator angeordnete Spulen erzeugt wird, so dass der Rotor sich in dem bestimmungsgemäßen Betrieb um die Rotationsachse dreht.  The rotor is preferably a foreign rotor, i. the rotor carries at least one exciter coil, in which a current flow is generated in the intended operation in order to build up a magnetic field. The magnetic field constituted by the exciting coil interacts with a rotating magnetic field generated by coils disposed on the stator so that the rotor rotates around the rotation axis in the designated operation.
Beispielsweise ist es erstrebenswert zur Steuerung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die gegenwärtige Rotationsstellung des Rotors zu ermitteln, um hierauf basierend die elektrische Maschine, beispielsweise den Stromfluss durch die Erregerspule, zu steuern.  For example, to control the electric machine according to the invention, it is desirable to determine the current rotational position of the rotor in order to control the electrical machine, for example the current flow through the excitation coil, based thereon.
Unter Rotationsstellung ist das Ausmaß der Drehung des Stators in Bezug auf eine Referenzstellung zu verstehen. Beispielsweise ist hierunter der gegenwärtige Drehwinkel in Bezug auf die Referenzstellung, der zwischen 0° und 360° beträgt, zu verstehen. Diese Rotationsstellung wird mittels des Rotorlagesensors ermittelt und das entsprechende Ausgangssignal ausgegeben, das zur Steuerung der elektrischen Maschine herangezogen wird. Der Rotorlagesensor ist erfindungsgemäß in dem Aufnahmeraum, der durch den Rotor festgelegt wird, aufgenommen. Hierbei kann der Rotorlagesensor so angeordnet sein, dass er sich zusammen mit dem Rotor dreht, wobei das Ausgangssignal des Rotorlagesensors, das die Rotationsstellung angibt, beispielsweise über Schleifkontakte oder kontaktlos für die entsprechende Steuerung der elektrischen Maschine nach außen übertragen wird. Beispielsweise kann der Rotorlagesensor ein Resolver sein, der beispielsweise zwei in dem Aufnahmeraum feststehende Resolvererregerwicklungen, die mit phasenverschobenen Signalen erregt werden, und eine Resolversignalwicklung, die an dem Rotor der elektrischen Maschine befestigt ist und das die Rotationsstellung des Rotors angebende Ausgangssignal liefert, aufweisen. Die Resolvererregerwicklungen und die Resolversignalwicklung können allerdings auch vize versa angeordnet sein, d.h. die Resolvererregerwicklungen sind auf dem Rotor der elektrischen Maschine angeordnet und die Resolversignalwicklung ist in dem Aufnahmeraum feststehend angeordnet. Rotation position means the amount of rotation of the stator relative to a reference position. For example, this is understood to mean the current angle of rotation with respect to the reference position, which is between 0 ° and 360 °. This rotational position is determined by means of the rotor position sensor and output the corresponding output signal, which is used to control the electric machine. According to the invention, the rotor position sensor is accommodated in the receiving space defined by the rotor. Here, the rotor position sensor may be arranged so that it rotates together with the rotor, wherein the output signal of the rotor position sensor, which indicates the rotational position, for example via sliding contacts or contactless for the corresponding control of the electric machine is transmitted to the outside. For example, the rotor position sensor may be a resolver having, for example, two resolver excitation windings fixed in the receiving space, which are excited with phase-shifted signals, and a resolver signal winding fixed to the rotor of the electric machine and providing the output indicating the rotational position of the rotor. However, the resolver exciting windings and the resolver signal winding can also be arranged vice versa, ie, the resolver exciting windings are arranged on the rotor of the electric machine and the resolver signal winding is fixedly arranged in the receiving space.
Besonders bevorzugt ist der Rotorlagesensor allerdings in dem Aufnahmeraum des Rotors so angeordnet, dass sich der Rotor relativ zu dem Rotorlagesensor dreht, der feststehend angeordnet ist.  However, the rotor position sensor is particularly preferably arranged in the receiving space of the rotor so that the rotor rotates relative to the rotor position sensor, which is fixedly arranged.
In diesem Zusammenhang ist die erfindungsgemäße elektrische Maschine bevorzugt so ausgestaltet, dass der Rotor eine Hohlwelle ist, die sich um die Rotationsachse dreht, und der Aufnahmeraum durch den Innenraum der Hohlwelle ausgebildet ist.  In this connection, the electric machine according to the invention is preferably designed such that the rotor is a hollow shaft, which rotates about the axis of rotation, and the receiving space is formed by the interior of the hollow shaft.
Bevorzugt wird der Rotorlagesensor in dem Innenraum auf einem Trägerelement befestigt und von diesem gehaltert.  Preferably, the rotor position sensor is mounted in the interior space on a support element and supported by this.
Hierbei kann der Rotorlagesensor bevorzugt auf verschiedene Arten und Weisen auf dem Trägerelement befestigt werden. Beispielsweise kann der Rotorlagesensor in das Trägerelement integriert sein, d.h. Teile des Rotorlagesensors und des Trägerelementes sind monolithisch ausgebildet. In this case, the rotor position sensor can preferably be fastened on the carrier element in various ways. For example, the rotor position sensor can be integrated into the carrier element, ie Parts of the rotor position sensor and the carrier element are monolithic.
Bevorzugt kann allerdings der Rotorlagesensor auf dem Trägerelement formschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt sein und zerstörungsfrei von dem Trägerelement wieder gelöst werden.  Preferably, however, the rotor position sensor can be fixed on the carrier element in a form-fitting and / or force-locking manner and be detached from the carrier element again in a non-destructive manner.
Wenn der Aufnahmeraum bevorzugt durch den Innenraum der Hohlwelle ausgebildet ist, wird bevorzugt ein Rotorlagesensor mit einer Sensorspur eingesetzt, wobei die Sensorspur bevorzugt auf einer den Innenraum festlegenden Innenwand der den Rotor bildenden Hohlwelle vorhanden ist und sich bei Rotation des Rotors relativ zu dem Rotorlagesensor bewegt, der durch Detektieren der Sensorspur das Ausgangssignal liefert.  If the receiving space is preferably formed by the interior of the hollow shaft, a rotor position sensor is preferably used with a sensor track, wherein the sensor track is preferably provided on an inner wall defining the interior of the hollow shaft forming the rotor and moves with rotation of the rotor relative to the rotor position sensor, which provides the output signal by detecting the sensor track.
Bevorzugt kann der Rotorlagesensor beispielsweise ein Inkremen- talgeber sein, der das die Rotationsstellung des Rotors angebende Ausgangssignal durch Detektieren der Sensorspur ermittelt. Hierbei kann der Instrumentalgeber auf dem Trägerelement angeordnet sein und die Sensorspur auf der genannten Innenwand. Alternativ ist es auch in diesem Zusammenhang möglich, den Inkrementalgeber und die Sensorspur vize versa anzuordnen.  The rotor position sensor may, for example, be an incremental encoder which determines the output signal indicating the rotational position of the rotor by detecting the sensor track. In this case, the instrumental encoder can be arranged on the carrier element and the sensor track on said inner wall. Alternatively, it is also possible in this context to arrange the incremental encoder and the sensor track vice versa.
Weiterhin alternativ kann der Rotorlagesensor beispielsweise auch ein Absolutwertgeber sein, der das die Rotationsstellung des Rotors angebende Ausgangssignal durch Detektieren der Sensorspur, die in diesem Fall eine absolute Sensorspur ist, ermittelt. Hierbei kann der Absolutwertgeber auf dem Trägerelement angeordnet sein und die Sensorspur auf der genannten Innenwand. Alternativ ist es auch in diesem Zusammenhang möglich, den Instrumentalgeber und die Sensorspur vize versa anzuordnen.  As an alternative, the rotor position sensor may, for example, also be an absolute value transmitter, which determines the output signal indicative of the rotational position of the rotor by detecting the sensor track, which in this case is an absolute sensor track. In this case, the absolute value encoder can be arranged on the carrier element and the sensor track on said inner wall. Alternatively, it is also possible in this context, the instrumental encoder and the sensor track vice versa to arrange.
Bevorzugt ist das Trägerelement von einer Seite der elektrischen Maschine in den Innenraum des Rotor derart eingeführt, dass sich bei dem bestimmungsgemäßen Betrieb die den Rotor bildende Hohlwelle relativ zu dem Trägerelement dreht. Preferably, the support member is inserted from one side of the electric machine into the interior of the rotor such that at the normal operation, the hollow shaft forming the rotor rotates relative to the carrier element.
Durch diese Ausgestaltung lässt sich das Trägerelement und damit der entsprechende Rotorlagesensor einfach montieren und demontieren, indem es von der einen Seite in den Innenraum eingeführt wird. Auch lässt sich hierdurch die Aufhängung des Trägerelementes außerhalb der Hohlwelle gut bewerkstelligen.  With this configuration, the carrier element and thus the corresponding rotor position sensor can be easily assembled and disassembled by being introduced from one side into the interior. Also, this can be done well by the suspension of the support element outside the hollow shaft.
Weiterhin bevorzugt ist das Trägerelement eine Kühllanze, die mindestens einen Kanal aufweist, durch den hindurch bei dem bestimmungsgemäßen Betrieb ein Kühlmedium in die Hohlwelle eingeleitet o- der ausgeleitet wird. Hierdurch ist es nicht notwendig, ein gesondertes Trägerelement zu fertigen, sondern ein ohnehin vorhandenes Element, wie die Kühllanze, auch zum Haltern des Rotorlagesensors einzusetzen. Die Anzahl der notwendigen zusätzlichen Teile kann folglich gering gehalten werden.  Further preferably, the carrier element is a cooling lance having at least one channel through which a cooling medium is introduced into the hollow shaft during normal operation or is discharged. As a result, it is not necessary to produce a separate carrier element, but to use an already existing element, such as the cooling lance, also for holding the rotor position sensor. The number of additional parts required can thus be kept low.
Besonders bevorzugt ist der Rotor ein fremderregter Rotor, wobei elektrische Leitungen, die für einen Anschluss des Rotorlagesensors notwendig sind, auf und/oder in dem Trägerelement verlaufen und von dem Rotorlagesensor ausgehend aus der Hohlwelle herausgeführt sind, wo sie mit elektrischen Leitungen, die für das Fremderregen des Rotors notwendig sind, in einen Kabelstrang zusammengeführt werden.  Particularly preferably, the rotor is a foreign rotor, wherein electrical leads, which are necessary for a connection of the rotor position sensor, extend on and / or in the carrier element and are led out from the rotor position sensor, starting from the hollow shaft, where they are connected to electrical lines for the Stranderregen the rotor are necessary to be merged into a harness.
Weiterhin bevorzugt sind auf dem Trägerelement, bevorzugt in Richtung der Rotationsachse, eine Vielzahl von Rotorlagesensoren zur Erhöhung einer Auflösung der Rotationsstellung des Rotors angeordnet.  Further preferably, a plurality of rotor position sensors for increasing a resolution of the rotational position of the rotor are arranged on the carrier element, preferably in the direction of the axis of rotation.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Kraftfahrzeug oder ein Kraftrad, das ein elektrisches Antriebsaggregat zum Antreiben des Kraftfahrzeuges oder des Kraftrades aufweist, wobei das Antriebsaggregat eine elektrische Maschine ist, wie sie im Vorhergehenden erläutert wurde. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Rotorlagesensors ist es möglich, den für die elektrische Maschinen notwendigen Bauraum signifikant zu optimieren, da der Rotorlagesensor aufgrund der Erfindung nicht mehr an einer Stirnseite der elektrischen Maschine angeordnet werden muss. The invention also relates to a motor vehicle or a motorcycle having an electric drive unit for driving the motor vehicle or the motorcycle, wherein the drive unit is an electric machine, as has been explained above. The arrangement according to the invention of the rotor position sensor makes it possible to significantly optimize the space required for the electrical machines, since the rotor position sensor no longer has to be arranged on one end side of the electric machine due to the invention.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die einzige Figur erläutert, wobei diese Figur einen Längsschnitt eines Rotors einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine zeigt. In the following, a preferred embodiment of the invention will be explained with reference to the single figure, this figure showing a longitudinal section of a rotor of an electrical machine according to the invention.
Die Figur zeigt einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 wird insbesondere als elektrisches Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges oder eines Kraftrades eingesetzt. The figure shows a partial section of an electric machine 1 according to the invention. The electric machine 1 according to the invention is used in particular as an electric drive unit of a motor vehicle or a motorcycle.
Bei dem Teilausschnitt handelt es sich um einen Längsschnitt. The partial section is a longitudinal section.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 beinhaltet einen in der Figur nicht gezeigten Stator, der zur Erzeugung eines sich drehenden Magnetfeldes eine Vielzahl von Spulen trägt, und einen Rotor 2. The electric machine 1 according to the invention includes a stator, not shown in the figure, which carries a plurality of coils for generating a rotating magnetic field, and a rotor 2.
Der Rotor 2, der in der Figur im Längsschnitt gezeigt ist, rotiert in dem bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine 1 um eine Rotationsachse R. Bei dem Rotor 2 handelt es sich bevorzugt um einen fremderregten Rotor, der hierfür eine nicht gezeigte Erregerspule trägt. In dem bestimmungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine 1 fließt ein elektrischer Strom durch die Erregerspule, wodurch die Erregerspule ein Magnetfeld erzeugt, das mit dem sich drehenden Magnetfeld des Stators so wechselwirkt, dass der Rotor 2 sich um die Rotationsachse R dreht. Der Rotor 2 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei ein Innenraum der Hohlwelle, durch den die Rotationsachse R verläuft, einen Aufnahmeraum festlegt. The rotor 2, which is shown in the figure in longitudinal section, rotates in the intended operation of the electric machine 1 about a rotation axis R. The rotor 2 is preferably a foreign-excited rotor, which carries an excitation coil, not shown for this purpose. In the proper operation of the electric machine 1, an electric current flows through the exciting coil, whereby the exciting coil generates a magnetic field that interacts with the rotating magnetic field of the stator so that the rotor 2 rotates about the rotation axis R. The rotor 2 is designed as a hollow shaft, wherein an interior of the hollow shaft, through which the axis of rotation R extends, defines a receiving space.
Zur Kühlung der elektrischen Maschine 1 in dem bestimmungsgemäßen Betrieb ist eine Kühllanze 3 seitlich in den Aufnahmeraum eingesetzt, wobei die Kühllanze 3 feststehend angeordnet ist und sich der Rotor 2 in dem bestimmungsgemäßen Betrieb relativ zu der Kühllanze 3 dreht.  For cooling the electric machine 1 in the intended operation, a cooling lance 3 is inserted laterally into the receiving space, wherein the cooling lance 3 is arranged fixed and the rotor 2 rotates in the normal operation relative to the cooling lance 3.
Die Kühllanze 3 beinhaltet einen Kanal 4, über den ein Kühlmedium in den Innenraum bzw. Aufnahmeraum eingeleitet wird. Das eingeleitete Kühlmedium tritt in dem bestimmungsgemäßen Betrieb an einem nicht gezeigten Anschluss aus dem Rotor 2 wieder aus. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels könnte auch umgekehrt sein. Das Kühlmedium kann beispielsweise eine Flüssigkeit sein.  The cooling lance 3 includes a channel 4, via which a cooling medium is introduced into the interior or receiving space. The introduced cooling medium emerges in the intended operation at a connection, not shown, from the rotor 2 again. The flow direction of the coolant could also be reversed. The cooling medium may be, for example, a liquid.
Zur Steuerung der elektrischen Maschine 1 ist es bevorzugt, die Rotationsstellung des Rotors 2 zu kennen und diese in die Steuerung mit einzubeziehen.  To control the electric machine 1, it is preferable to know the rotational position of the rotor 2 and to include this in the control.
Hierfür beinhaltet die erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 einen Rotorlagesensor 5, der auf der Kühllanze 3 angeordnet ist. Zur Befestigung des Rotorlagesensors 5 dient eine nicht gezeigte Rastvorrichtung, in die der Rotorlagesensor 5 einrastet bzw. in die der Rotorlagesensor 5 eingeklipst wird.  For this purpose, the electric machine 1 according to the invention includes a rotor position sensor 5, which is arranged on the cooling lance 3. For fixing the rotor position sensor 5 is a locking device, not shown, into which the rotor position sensor 5 engages or in which the rotor position sensor 5 is clipped.
Zur Befestigung des Rotorlagesensors 5 können allerdings auch andere Befestigungsmethoden zum Einsatz kommen.  For attachment of the rotor position sensor 5, however, other attachment methods can be used.
Alternativ könnte der Rotorlagesensor 5 auch in die Kühllanze 3 integriert werden.  Alternatively, the rotor position sensor 5 could also be integrated into the cooling lance 3.
Der Rotorlagesensor 5 dient zur Erfassung der Rotationsstellung des Rotors 2 während des bestimmungsgemäßen Betriebes der elektrischen Maschine 1. Insbesondere ist der Rotorlagesensor 5 so ausgestal- tet, dass er die Rotationsstellung bzw. Winkelstellung bevorzugt absolut erfasst. Hierfür ist beispielsweise eine Sensorspur 6 dem Rotorlagesensor 5 gegenüberliegend auf der Innenwand der Hohlwelle bzw. des Rotors 2 angeordnet. The rotor position sensor 5 serves for detecting the rotational position of the rotor 2 during the intended operation of the electric machine 1. In particular, the rotor position sensor 5 is designed in such a way that tet, that he prefers the rotational position or angular position preferably detected absolutely. For this purpose, for example, a sensor track 6 is arranged opposite the rotor position sensor 5 on the inner wall of the hollow shaft or of the rotor 2.
Der Rotorlagesensor 5 ist dazu eingerichtet, die Sensorspur 6 zu detektieren und basierend hierauf ein Ausgangssignal zu erzeugen, das bevorzugt absolut die Rotationsstellung des Rotors 2 angibt.  The rotor position sensor 5 is set up to detect the sensor track 6 and, based thereon, to generate an output signal which preferably indicates absolutely the rotational position of the rotor 2.
Die Sensorspur 6 ist bevorzugt in einer Aussparung, die auf der Innenseite der Hohlwelle bzw. des Rotors 2 ausgebildet ist, angeordnet.  The sensor track 6 is preferably arranged in a recess which is formed on the inside of the hollow shaft or of the rotor 2.
Zur Erhöhung der Auflösung bzw. zur Verbesserung der Sensorerfassung ist es bevorzugt möglich, auch mehrere Sensorspuren 6 vorzusehen, die entweder durch den einen Rotorlagesensor 5 oder eine Vielzahl von Rotorlagesensoren 5 detektiert werden.  To increase the resolution or to improve the sensor detection, it is preferably possible to provide a plurality of sensor tracks 6, which are detected either by the one rotor position sensor 5 or a plurality of rotor position sensors 5.
Das durch den Rotorlagesensor 5 erzeugte Ausgangssignal bzw. die durch die Vielzahl von Rotorlagesensoren 5 erzeugten Ausgangsignale werden über entsprechende Signalleitungen, die ebenfalls auf der Kühllanze 3 befestigt sind, nach außen ausgegeben, wo es/sie durch ein entsprechendes Steuergerät verarbeitet und zur Steuerung herangezogen werden.  The output signal generated by the rotor position sensor 5 or the output signals generated by the plurality of rotor position sensors 5 are output to the outside via corresponding signal lines which are also mounted on the cooling lance 3, where they are processed by a corresponding control device and used for control ,
Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich wird, ist es möglich, den zur Erfassung der Rotationsstellung des Rotors 2 vorgesehenen Rotorlagesensor 5 in den Rotor 2 selbst zu integrieren, wodurch auf der Stirnseite der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 erheblich Bauraum gewonnen wird.  As is apparent from the foregoing description, it is possible to integrate the rotor position sensor 5 provided for detecting the rotational position of the rotor 2 into the rotor 2 itself, whereby considerable space is obtained on the front side of the electric machine 1 according to the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug oder Kraftrad, wobei die elektrische Maschine aufweist: An electric machine for a motor vehicle or motorcycle, the electric machine comprising:
einen Stator; und  a stator; and
einen Rotor (2), der in einen Innenraum des Stators derart eingesetzt ist, dass er sich bei bestimmungsgemäßem Betrieb der elektrischen Maschine um eine Rotationsachse (R) dreht, wobei  a rotor (2) which is inserted into an inner space of the stator such that it rotates about a rotation axis (R) during normal operation of the electric machine, wherein
der Rotor (2) einen Aufnahmeraum aufweist, in den ein Rotorlagesensor (5) aufgenommen ist, der in dem bestimmungsgemäßem Betrieb der elektrischen Maschine ein zur Steuerung der elektrischen Maschine verwendetes Ausgangssignal liefert, das eine Rotationsstellung des Rotors (2) angibt.  the rotor (2) has a receiving space in which a rotor position sensor (5) is accommodated, which supplies in the normal operation of the electrical machine an output signal used to control the electric machine, which indicates a rotational position of the rotor (2).
2. Elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 1, wobei der Rotor (2) eine Hohlwelle ist, die sich um die Rotationsachse2. Electrical machine according to claim 1, wherein the rotor (2) is a hollow shaft, which extends around the axis of rotation
(R) dreht und der Aufnahmeraum durch den Innenraum der Hohlwelle ausgebildet ist. (R) rotates and the receiving space is formed through the interior of the hollow shaft.
3. Elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 2, wobei der Rotorlagesensor (5) in dem Innenraum auf einem Trägerelement befestigt ist und von diesem gehaltert wird. 3. Electrical machine according to claim 2, wherein the rotor position sensor (5) is mounted in the interior space on a support member and is supported by this.
4. Elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 3, wobei der Rotorlagesensor (5) auf dem Trägerelement formschlüssig und/oder kraftschlüssig befestigt ist und zerstörungsfrei von dem Trägerelement gelöst werden kann. 4. Electrical machine according to claim 3, wherein the rotor position sensor (5) is mounted on the carrier element positively and / or non-positively and can be solved without destruction of the support element.
5. Elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 3, wobei der Rotorlagesensor (5) in das Trägerelement integriert ist. 5. Electrical machine according to claim 3, wherein the rotor position sensor (5) is integrated in the carrier element.
6. Elektrische Maschine gemäß einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei eine Sensorspur (6) auf einer den Innenraum festlegenden Innenwand der den Rotor (2) bildenden Hohlwelle vorhanden ist und sich bei Rotation des Rotors (2) relativ zu dem Rotorlagesensor (5) bewegt, der durch Detektieren der Sensorspur (6) das Ausgangssignal liefert. 6. Electrical machine according to one of the claims 2 to 5, wherein a sensor track (6) on an inner wall defining the inner wall of the rotor (2) forming the hollow shaft is present and upon rotation of the rotor (2) relative to the rotor position sensor (5). which supplies the output signal by detecting the sensor track (6).
7. Elektrische Maschine gemäß einem der Patentansprüche 3 bis 6, wobei das Trägerelement von einer Seite der elektrischen Maschine in den Innenraum des Rotor (2) derart eingeführt ist, dass sich bei dem bestimmungsgemäßen Betrieb die den Rotor (2) bildende Hohlwelle relativ zu dem Trägerelement dreht. 7. Electrical machine according to one of the claims 3 to 6, wherein the carrier element from one side of the electric machine in the interior of the rotor (2) is inserted such that in the normal operation, the rotor (2) forming the hollow shaft relative to the Carrier element rotates.
8. Elektrische Maschine gemäß einem der Patentansprüche 3 bis 7, wobei das Trägerelement eine Kühllanze (3) ist, die mindestens einen Kanal (4) aufweist, durch den hindurch bei dem bestimmungsgemäßen Betrieb ein Kühlmedium in die Hohlwelle eingeleitet oder aus der Hohlwelle ausgeleitet wird. 8. Electrical machine according to one of the claims 3 to 7, wherein the support member is a cooling lance (3) having at least one channel (4) through which a cooling medium is introduced into the hollow shaft or discharged from the hollow shaft during normal operation ,
9. Elektrische Maschine gemäß einem der Patentansprüche 3 bis 8, wobei der Rotor (2) ein fremderregter Rotor (2) ist und elektrische Leitungen, die für einen Anschluss des Rotorlagesensors (5) notwendig sind, auf und/oder in dem Trägerelement verlaufen und von dem Rotorlagesensor (5) ausgehend aus der Hohlwelle herausgeführt sind, wo sie mit elektrischen Leitungen, die für das Fremderregen des Rotors (2) notwendig sind, in einen Kabelstrang zusammengeführt werden. 9. Electrical machine according to one of the claims 3 to 8, wherein the rotor (2) is a foreign-excited rotor (2) and electrical lines, which are necessary for a connection of the rotor position sensor (5) extend on and / or in the carrier element and From the rotor position sensor (5) are led out of the hollow shaft, where they are connected to electrical lines, which are responsible for the extraneous rain of Rotor (2) are necessary to be merged into a harness.
10. Elektrische Maschine gemäß einem der Patentansprüche 3 bis 9, wobei auf dem Trägerelement, bevorzugt in Richtung der Rotationsachse (R), eine Vielzahl von Rotorlagesensoren (5) zur Erhöhung einer Auflösung der Rotationsstellung des Rotors (2) angeordnet sind. 10. Electrical machine according to one of the claims 3 to 9, wherein on the support element, preferably in the direction of the axis of rotation (R), a plurality of rotor position sensors (5) for increasing a resolution of the rotational position of the rotor (2) are arranged.
11. Kraftfahrzeug oder Kraftrad aufweisend ein elektrisches Antriebsaggregat zum Antreiben des Kraftfahrzeuges oder des Kraftrades, wobei das Antriebsaggregat eine elektrische Maschine gemäß einem der vorangehenden Patentansprüche 1 bis 10 ist. 11 motor vehicle or motorcycle having an electric drive unit for driving the motor vehicle or the motorcycle, wherein the drive unit is an electrical machine according to one of the preceding claims 1 to 10.
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