EP4423887A1 - Elektrische axialflussmaschine mit rotorlagesensor und einstellelement sowie elektrische maschinenanordnung - Google Patents

Elektrische axialflussmaschine mit rotorlagesensor und einstellelement sowie elektrische maschinenanordnung

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Publication number
EP4423887A1
EP4423887A1 EP22801017.9A EP22801017A EP4423887A1 EP 4423887 A1 EP4423887 A1 EP 4423887A1 EP 22801017 A EP22801017 A EP 22801017A EP 4423887 A1 EP4423887 A1 EP 4423887A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
stator
sensor section
rotor
axial
Prior art date
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Pending
Application number
EP22801017.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Reimnitz
Ivo Agner
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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 Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4423887A1 publication Critical patent/EP4423887A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the present invention relates to an electrical axial flow machine, preferably for driving an electrically drivable motor vehicle, with a stator, which has at least one stator half, with a rotor which is arranged in the axial direction of the at least one stator half and is rotatably mounted relative to the stator, with a rotor shaft in rotationally fixed contact with the rotor and with at least one rotor position sensor, which has an active sensor section and a passive sensor section, wherein one of the active sensor section and the passive sensor section is connected directly or indirectly to the stator, and another of the active sensor section and the passive sensor portion is rotatably connected to the rotor shaft to detect an angular position of the stator relative to the rotor.
  • rotor position sensors are used in order to be able to constantly detect the rotational position of the rotor relative to that of the stator. More precisely, rotor position sensors record the current position of the rotor magnets integrated in the rotor, eg permanent magnets, as a signal relative to the position of the stator magnets integrated in the stator, eg electromagnets.
  • a rotor position sensor usually has an active sensor section which is coupled to the stator, in particular to a stator housing or to a component connected to the stator housing, and has a passive sensor section which is non-rotatably connected to the rotor shaft, in particular to a component connected to the rotor shaft component is coupled.
  • the rotor position sensor can provide meaningful information, it is important that the passive sensor section and the active sensor section are very precisely aligned with one another in the axial direction. This information from the rotor position sensor is important for ensuring that the stator magnets are correctly energized and controlled. Accordingly, the signals from the rotor position sensors are an important input variable for the power electronics of the respective electric motor.
  • a particular challenge is the exact alignment of the components of the rotor position sensor to each other in axial flux machines or axial flux motors as a special embodiment of an electric motor on an output shaft or axis of rotation of the electric motor) arranged side by side and magnetic forces act between the stator and the rotor in the axial direction.
  • the width of the air gaps i.e. the distance between the rotor and stator subassemblies, should remain unchanged / the same regardless of the magnetic forces that flow through them in the axial direction.
  • the rotor position sensors are arranged in such a way that the active and passive sensor sections are spaced apart from one another in the axial direction, ie have an axial spacing from one another.
  • the active and/or the passive sensor section are usually at some distance from the magnetic forces flow-through components arranged.
  • the active and passive sensor sections of the rotor position sensor are therefore subject to relatively large axial position tolerances. It is therefore possible that the higher component tolerance influence in the outer area of the axial flow machine has an unfavorable effect on the measuring accuracy of the rotor position sensor.
  • the rotor position sensor should be as insensitive as possible to axial displacements of the components of the axial flow machine or should be precisely aligned axially by a separate axial adjustment process when the sensor is installed on the axial flow machine. Due to the axially short length of the axial flow machine and the large diameter of the axial flow machine relative to the axial length, usually only rotor position sensors with a short axial length are integrated in the axial flow machine. These installation space requirements usually force a sensor operating principle that can usually only cope with small axial displacements between the passive and the active sensor section.
  • an axial flow machine of the generic type in that the axial flow machine has an adjusting element, in particular an adjusting ring, which determines/regulates/specifies the axial distance between the active sensor section and the passive sensor section, as claimed with the features of patent claim 1.
  • the invention is also achieved by means of an electrical machine arrangement according to claim 10.
  • the axial distance is the distance between the active and the passive sensor section in the axial direction of the axial flow machine.
  • the axial direction corresponds to the direction in which an output shaft of the axial flow machine extends, which defines the axis of rotation of the axial flow machine with its longitudinal axis.
  • the active sensor section measures the position of the passive sensor section relative to itself and uses this to determine an angle.
  • the rotor position sensor thus provides a signal via the active sensor section that indicates the angular position of the stator relative to the rotor and thus the angular position of the stator magnets relative to the at least one rotor magnet.
  • the distance between the active and the passive sensor section can be changed and adjusted/fixed in the axial direction via the adjustment element.
  • the active or passive sensor section can be fixed at the desired distance from the position of the other sensor section of the respective rotor position sensor resulting from component tolerances and assembly conditions of the axial flow machine. It is thus possible with the axial flux motor according to the invention to align the passive and active sensor section of the rotor position sensor exactly axially.
  • the present invention relates to an electric axial flow electric machine, preferably for driving an electrically drivable motor vehicle, having a stator and a rotor.
  • a rotor shaft is in rotational contact with the rotor.
  • the rotor is rotatably mounted via at least one bearing point within the electric axial flux electric machine.
  • the stator has at least a first and a second stator half, which are spaced axially from the rotor on respective different axial sides by an air gap.
  • the sensor can be axially adjusted in combination with a form-fitting alignment device and/or an anti-twist device that is effective in the circumferential direction.
  • the setting element is a component that is designed separately from the rotor position sensor.
  • stator itself or a component coupled to it has, in particular integrally, a first holding section which accommodates the active sensor section, and the rotor shaft has, in particular integrally, a second holding section which accommodates the passive sensor section and the adjustment element (In relation to an output shaft or axis of rotation of the electric motor) is provided in the axial direction between the active sensor section and the first holding section and/or an adjusting element between the passive sensor section and the second holding section.
  • the thickness and/or the elasticity of the adjustment element is selected such that the axial distance between the active sensor section and the passive sensor section is within a predetermined target range.
  • the distance between the active and passive sensor section can be changed or fixed in a way that is easy to implement.
  • the distance between the active and the passive sensor section must be within the predetermined target range to a to ensure reliable operation of the rotor position sensor. This is realized via the thickness of the adjustment element.
  • the active sensor section within the axial flux machine: on the stator or on the stator housing itself, on the axial flux machine housing or on a housing element that is connected to the stator and/or the axial flux machine housing and is formed separately from them.
  • An individual attachment of the active sensor section depending on the structure of the respective axial flow machine is therefore possible.
  • the active sensor section is always designed separately from these components of the axial flow machine. The active sensor section can thus be easily replaced as an independent component independently of the other components of the axial flow machine.
  • the second holding section is formed integrally with the rotor shaft, in particular with (an end face of) a shaft shoulder of the rotor shaft, and the second holding section is the passive sensor section or the passive sensor section (as an independent component) is separate from the second holding section
  • Form of a sleeve is formed, which is coupled directly and non-rotatably connected to the rotor shaft.
  • the passive sensor section is designed in the form of a large number of indentations provided on the circumference of an end face of a shaft shoulder of the rotor shaft. The indentations are arranged in a predefined angular position relative to the rotor magnets.
  • the active sensor section detects the position of the indentations and can then use this to determine the angle between the rotor magnet and the stator magnet.
  • the passive sensor section it is also possible for the passive sensor section to be designed as a separate component from the rotor shaft in the form of a sleeve and to be connected to it in a torque-proof manner.
  • the rotor position sensor may also detect the position of better electrically or magnetically conductive areas and of poorer electrically or magnetically conductive areas or to detect the position of stronger magnetic areas and weaker magnetic areas.
  • the sleeve has a (in relation to an output shaft or
  • the radial contact between the passive sensor section and the second holding section or rotor shaft serves for the radial alignment of the passive sensor section designed as a sleeve.
  • the radially running sleeve section has indentations on its circumference, which are detected by the active sensor section. It can also be provided that on the axially running sleeve section an extension is formed which extends in the radial direction (with respect to an output shaft or axis of rotation of the electric motor) and which engages in a complementary groove on the rotor shaft.
  • the extension advantageously serves to ensure that the sleeve is also mounted correctly aligned in the circumferential direction (with respect to an output shaft or axis of rotation of the electric motor).
  • the extension thus serves as an alignment aid for the passive sensor section.
  • the extension in cooperation with the groove on the rotor shaft, prevents the sleeve from being able to rotate in the circumferential direction.
  • the extension thus also serves as an anti-twist device.
  • the active sensor section prefferably has a projection which extends in the axial direction and which forms an extension at its free end which protrudes into a counter-contour formed in a complementary manner thereto on the first holding section.
  • the projection on the active sensor section can thus ensure that the active sensor section is precisely aligned in the circumferential direction or in the radial direction relative to the stator magnets integrated in the stator or in the stator halves.
  • the extension has the advantage that the active sensor section is also mounted correctly aligned in the circumferential direction.
  • the extension in cooperation with the corresponding counter-contour on the first holding section, prevents the active sensor section from twisting in the circumferential direction.
  • a first axial flux machine housing section is connected to the stator, in particular to the stator housing, at a first connection point and a second axial flux machine housing section, which connects the first Holding section forms, is connected to the first axial flow machine housing section at a second connection point and an adjustment element is arranged at the second connection point.
  • the axial distance (distance in the axial direction) between the active sensor section and the passive sensor section is changed or adjusted via the adjustment element at the second connection point.
  • the installation, removal or replacement of the adjustment element at this second connection point is very easy to implement and can be accomplished more easily than if the adjustment element is arranged between the active sensor section and the first holding section.
  • a setting element is arranged between the active sensor section and the first holding section.
  • a first axial flow machine housing section is connected to the stator, in particular to the stator housing, at a first connection point and a second axial flow machine housing section is connected to the first axial flow machine housing section at a second connection point and the adjustment element is arranged at the first connection point.
  • the axial distance (distance in the axial direction) between the active sensor section and the passive sensor section is changed or adjusted via the adjustment element at the first connection point. The installation, removal or replacement of the adjustment element at this first connection point is very easy to implement and can be accomplished more easily than if the adjustment element is arranged between the active sensor section and the first holding section.
  • an adjusting element is arranged between the active sensor section and the first holding section.
  • the active sensor section is connected to cables, electrical contacts and/or other power and signal transmission elements.
  • the active sensor section can be supplied with energy via these electrical connections and can also forward the signals to a process unit (or also axial flux machine control module) which is coupled to the axial flux machine, in particular to the active sensor section.
  • a process unit or also axial flux machine control module
  • the transition point at which the cables, the electrical contacts and/or the other current and signal transmission elements are routed through the stator, in particular the stator housing, or through the housing element, is provided with a seal. This seal prevents fluid from accidentally penetrating the axial flow machine at the transition point.
  • the invention relates to an electrical machine arrangement with power electronics and/or a high-voltage storage device/energy storage device, which has the electrical axial flux machine described above.
  • the electrical machine arrangement has all the advantages of the electrical axial flow machine according to the invention.
  • a drive train with such an electrical machine arrangement and a motor vehicle with such a drive train are also proposed.
  • FIG. 1 shows an axial section of an electrical axial flux machine in an I arrangement in a schematic representation, with a rotor position sensor, the first holding section being provided on the stator housing and the passive sensor section being formed integrally with the rotor shaft;
  • FIG. 2 shows an axial section of an electrical axial flux machine in an I arrangement in a schematic representation, with one rotor position sensor per stator half in a different arrangement of active and passive sensor sections; and 3 shows an axial section of an electrical axial flux machine in an I arrangement in a schematic representation, with one rotor position sensor per stator half, with an adjustment element being provided at a first connection point and at a second connection point.
  • an output shaft AW of an electrical axial flow machine 1 defines the axial direction (see arrow AR) and the radial direction (see arrow RR).
  • the output shaft AW defines with its longitudinal axis, which runs in the axial direction, the axis of rotation R of the axial flow machine 1.
  • the electric axial flux machine 1 shows an electrical axial flux machine 1 with a stator 2, which has a first stator half 3 and a second stator half 4, each with at least one stator magnet (e.g. electromagnet). Furthermore, the electric axial flux machine 1 has a rotor 5 which is arranged between the stator halves 3, 4 and has at least one rotor magnet (e.g. permanent magnets) and is mounted rotatably relative to the stator 2, as well as a rotor shaft 6 which is in non-rotatable contact with the rotor 5 and at least a rotor position sensor 7 on.
  • the rotor shaft 6 is connected to an external toothing of the output shaft AW via an internal toothing.
  • the rotor position sensor 7 is arranged on the second stator half 4 here.
  • the rotor position sensor 7 is arranged radially inside the second stator half 4 .
  • the rotor position sensor 7 has an active sensor section 8, which is directly or indirectly connected to the stator 2, and a passive sensor section 9, which is non-rotatably connected to the rotor shaft 6, in particular is formed integrally with it.
  • An adjustment element 10 regulates/determines the axial distance between the active sensor section 8 and the passive sensor section 9.
  • a magnetic field is generated between the stator magnets and the at least one rotor magnet. This magnetic field causes the rotor 5 to rotate relative to the stator 2 .
  • the rotor shaft 6 then rotates with the rotor 5 and the gearing of the rotor shaft 6 rotates the output shaft AW, which rotates about its longitudinal axis.
  • a magnetic force acts in the axial direction between the at least one rotor magnet of the rotor 5 and the stator magnet of the stator 2 .
  • the magnetic force acts inward from the stator magnets towards at least one rotor magnet (see arrows A).
  • the active sensor section 8 which is connected to the stator 2 in a rotationally fixed manner, detects the position of the passive sensor section 9, which is connected to the rotor 5 in a rotationally fixed manner.
  • the active sensor section 8 of the rotor position sensor 7 detects an angular position of the stator magnets relative to the rotor magnets.
  • the active sensor section 8 is provided here as a separate component from the stator 2 .
  • the active sensor section 8 is directly connected to the stator 2 via a first holding section 11 which corresponds to a region of the stator 2 .
  • the active sensor section 8 has electrical or electronic components and is connected to an axial flux machine control module (process unit) via cables (not shown). The active sensor section is controlled via this control module and the active sensor section forwards the signals (angular positions) it generates to it.
  • the passive sensor section 9 is provided integrally with the rotor shaft 6 .
  • the passive sensor section 9 is therefore identical to a second holding section 12.
  • An adjustment element 10 in particular an adjustment ring, is provided here in the axial direction between the active sensor section 8 and the first holding section 11 .
  • the axial distance (distance in the axial direction) between the active sensor section 8 and the passive sensor section 9 is regulated via this adjustment element 10 .
  • a functionally reliable operation of the rotor position sensor 7 can thus be ensured with the aid of the setting element 10 .
  • the installation position of the active sensor section 8 relative to the stator 2 can be changed and fixed or regulated exactly and reliably via the thickness of the adjustment element 10 .
  • the first holding section 11 is here a component of a stator housing 13 which accommodates the stator 2 .
  • the stator housing 13 in turn has two half-shells, a first half-shell 14 and a second half-shell 15 .
  • the first half-shell 14 surrounds or encloses the first stator half 3 on the sides of the first stator half 3 that do not face the rotor 5, and thus defines the outer edge or outside of the first stator half 3.
  • the second half-shell 15 surrounds or encloses the second stator half 4 on the sides of the second stator half 4 that do not face the rotor 5, and thus defines the outer edge or outside of the second stator half 4.
  • the first holding section 11 is integrally formed on the second half shell 15.
  • the active sensor section 8 has an axially extending
  • Projection 16 which has an extension at its free end, which extends into a complementary counter-contour on the first holding section 11 protrudes.
  • the thickness of the adjustment element 10 determines how far the extension is inserted into the counter-contour on the first holding section 11 when the active sensor section 8 is mounted on the first holding section 11 (on the stator 2). This extension thus allows an alignment aid and a secure and constant arrangement in the radial direction or in the circumferential direction of the active sensor section 8 on the first holding section 11 .
  • the first half-shell 14 is connected to the rotor shaft 6 via a first bearing 17 and the second half-shell 15 is connected to the rotor shaft 6 via a second bearing 18 .
  • the first and the second bearing 17, 18 are each designed here as a single-row angular contact ball bearing.
  • the bearings 17, 18 support the rotor 5 both axially and radially via the rotor shaft 6 on the two stator halves 3 and 4.
  • the first bearing 17 thus connects the first stator half 3 to the rotor shaft 6 and the second bearing 18 connects the second stator half 4 to the rotor shaft 6. More precisely, the first bearing 17 connects the first half shell 14 to the rotor shaft 6 and the second bearing 18 the second half-shell 15 with the rotor shaft 6.
  • the active sensor section 8 is arranged in the axial direction between the second bearing 18 and the passive sensor section 9 or the end face of the shaft shoulder of the rotor shaft 6.
  • the electrical axial flow machine 1 has an axial flow machine housing 19 to which the stator 2 is connected in a torque-proof manner.
  • the axial flow machine housing 19 supports the output shaft AW via a bearing 20 (single-row ball bearing).
  • the output shaft AW meshes with a gear wheel of a gear stage 21 outside of the axial flow machine housing 19 via further external teeth.
  • the axial flow machine housing 19 has a first axial flow machine housing section 22 and a second
  • FIG. 2 shows the electrical axial flux machine 1 in an I arrangement in an axial section in a schematic representation, with one rotor position sensor 7 per stator half 3, 4. It should be noted, however, that Figure 2 shows one rotor position sensor 7 per stator half, in order to Figure 2 to show as many variants. In general, one rotor position sensor 7 per axial flow machine 1 is sufficient and there is no reason to install a second rotor position sensor 7 in most axial flow machines 1 . Two rotor position sensors 7 per axial flow machine 1 will therefore only be used in special cases, if at all.
  • the electrical axial flow machine 1 has a first rotor position sensor 7a, which is coupled to the first stator half 3, or a second rotor position sensor 7b, which is coupled to the second stator half 4.
  • the second holding section 12 is formed integrally with the rotor shaft 6 here.
  • the passive sensor section 9 is designed in the form of a sleeve 9 which is provided separately from the rotor shaft 6 (as an independent component).
  • the sleeve 9 is connected to the rotor shaft 6 via the second holding section 12 .
  • the sleeve 9 has a radially running sleeve section 24 and an axially running sleeve section 25 .
  • the axially extending sleeve section 25 is in radial contact with a corresponding counter-contour on the second holding section 12.
  • the active sensor section 8 is arranged in the axial direction between the first bearing 17 and the radially running sleeve section 24 .
  • the radially extending sleeve section 24 has recesses or indentations which are detected by the active sensor section 8 in order to be able to determine the angular position of the stator magnets relative to the rotor magnets.
  • the sleeve section 25 running axially is pressed into the rotor shaft 6 .
  • An adjusting member 10 having a predetermined thickness is interposed between the rotor shaft 6 and the axially extending sleeve portion 25 in the axial direction.
  • the thickness of the adjustment element 10 is selected in such a way that the press-in depth can be varied in a process-reliable manner and can be adapted to the actual position of the active sensor section 8 .
  • a displacement-controlled pressing-in process without an end stop is also possible in order to place the sleeve 9 in the correct axial position relative to the active sensor section 8 .
  • the active sensor section 8 can be attached directly to the stator 2 or to the first half-shell 14 (without taking into account axial correction dimensions or adjustment elements). become. This means that the axial distance between the active and passive sensor sections 8, 9 is set via the thickness of the adjustment element 10, which is provided axially between the passive sensor section 9 and the rotor shaft 6.
  • the second rotor position sensor 7b will be described below.
  • a cover-like housing element 27 which adjoins the end face of the second half-shell 15 which faces the rotor shaft.
  • the housing element 27 is designed as an additional component separately from the stator housing 13 and the axial flow machine housing 19 . Strictly speaking, the housing element 27 accommodates the active sensor section 8 of the second rotor position sensor 7b as well as a shaft grounding ring 28 and a radial shaft sealing ring 29 . These three components are in direct contact with the rotor shaft 6 and/or interact with it. By axially pushing or pressing the housing element 27 into the second stator half 4, the positions of these three components relative to the rotor shaft 6 can be adjusted/fixed in a single adjustment process.
  • the housing element 27 has a radially running housing element section 30 and an axially running housing element section 31 .
  • the active sensor section 8 bears against the radially extending housing element section 30 .
  • An adjusting member 10 is interposed between the axially extending housing member portion 31 and the second bearing 18 in the axial direction.
  • the adjustment element 10 serves as a stop matched to the position of the rotor shaft 6 for the assembly of the housing element 27 on the stator 2 or on the second stator half 4.
  • the end face of the shaft shoulder of the rotor shaft 6, which faces the second stator half 4, serves as a passive sensor section 9. For this purpose, it has indentations that can be detected by the active sensor section 8.
  • the thickness of the adjustment element 10 determines how far the radially extending housing element section 30 and thus the active sensor section 8 are spaced from the passive sensor section 9 in the axial direction.
  • the active sensor section 8 is positioned at the desired axial distance relative to the passive sensor section 9 with the aid of the adjustment element 10 .
  • the housing element 27 can also be provided with an extension which protrudes in the radial direction and which engages in a complementary counter-contour in the second stator half 4 in order to provide anti-twist protection and an alignment aid.
  • the first bearing 17 is provided as a fixed bearing which transmits forces both in the radial direction and in the axial direction between the first stator half 3 and the rotor shaft 6 .
  • the second bearing 18 is designed as a loose bearing that only transmits forces in the radial direction, but not in the axial direction, between the second stator half 4 and the rotor shaft 6 .
  • the second bearing 18 can be displaced in the axial direction relative to the rotor shaft 6 by the displaceable bearing seat (play fit) of the second bearing 18 between the rotor shaft 6 and the second bearing 18 .
  • FIG. 3 shows an axial section of an electrical axial flow machine 1 in an I arrangement in a schematic representation, with one rotor position sensor 7 per stator half 3, 4. It should be noted, however, that Figure 3 shows one rotor position sensor 7 per stator half, in order to Figure 3 to show as many variants. In general, one rotor position sensor 7 per axial flow machine 1 is sufficient and there is no reason to install a second rotor position sensor 7 in most axial flow machines 1 . Two rotor position sensors 7 per axial flow machine 1 will therefore only be used in special cases, if at all. It should therefore be mentioned that the two rotor position sensors 7 per axial flux machine 1 are only shown for reasons of illustration and usually only one of the two rotor position sensors 7 is used.
  • the electrical axial flow machine 1 of FIG. 3 differs from the electrical axial flow machine 1 of FIG. 2 in the following points:
  • the active sensor section 8 of the first rotor position sensor 7a is connected directly to the first half shell 14 or the first stator half 3 connected.
  • An adjustment element 10 is provided in the axial direction between the first holding section 11 and the active sensor section 8 .
  • the passive sensor section 9 of the first rotor position sensor 7a is coupled in the form of a sleeve 9 to the second holding section 12, which is formed integrally with the rotor shaft 6.
  • An adjustment element 10 is provided in the axial direction between the end face of the shaft shoulder of the rotor shaft 6 and the passive sensor section 9 .
  • the passive sensor section 9 is arranged between the rotor shaft 6 and the active sensor section 8 in the axial direction.
  • the first and second bearings 17, 18 are omitted.
  • the stator housing 13 is connected to the first axial flow machine housing section 22 via a first connection point 32 (using a fastening means, in particular a bolt or a screw).
  • An adjustment element 10 is also provided at the first connection point 32 . The distance from the active sensor section 8 to the passive sensor section 9 of the first rotor position sensor 7a is thus defined over the total thickness of the three adjustment elements 10 described above.
  • the second rotor position sensor 7b will now be described.
  • the active sensor section 8 of the second rotor position sensor 7b is coupled directly to the second axial flow machine housing section 23 . If the active sensor section 8 is coupled directly to the axial flow machine housing 19, the cable connection between the active sensor section 8 and the control electronics that are also connected to the axial flow machine housing 19 is simplified. In the event that the control electronics are connected to the transmission housing, which adjoins the first axial flow machine housing section 22 , the active sensor section 8 can be connected directly to the first axial flow machine housing section 22 in this case.
  • the passive sensor section 9 of the second rotor position sensor 7b is coupled in the form of a sleeve 9 to the second holding section 12, which is formed integrally with the rotor shaft 6.
  • An adjustment element 10 is provided in the axial direction between the end face of the shaft shoulder of the rotor shaft 6 and the passive sensor section 9 .
  • the passive sensor section 9 is arranged between the rotor shaft 6 and the active sensor section 8 in the axial direction.
  • the first and the second axial flow machine housing section 22 , 23 are connected to one another via a second connection point 33 .
  • An adjustment element 10 is provided at the second connection point 33 .
  • the distance from the active sensor section 8 to the passive sensor section 9 of the second rotor position sensor 7b is thus defined over the total thickness of the two adjustment elements 10 described above.
  • both sensor sections 8, 9 for the first rotor position sensor 7a and for the second rotor position sensor 7b can be precisely aligned via the adjoining adjustment element 10 itself, or only one sensor section 8, 9 can be adjusted via the adjoining Adjusting element 10 in an axially targeted manner relative to the other sensor section 8, 9 of the respective rotor position sensor 7 be aligned.
  • the axial distance between the active and the passive sensor section 8, 9 of the first and/or second rotor position sensor 7a, 7b can additionally or alternatively be adjusted via the adjustment elements 10 at the first or second connection point 32, 33.
  • An alignment aid and anti-twist device effective in the circumferential direction can be provided both for the first rotor position sensor 7a and for the second rotor position sensor 7b, as has been described in connection with the preceding embodiments.
  • the output shaft AW is not shown explicitly.
  • the output shaft AW is supported on the second axial flow machine housing section 23 via a further bearing 34 .

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine (1) mit einem Stator (2), der zumindest eine Statorhälfte (3, 4) aufweist, mit einem in Axialrichtung zu der zumindest einen Statorhälfte (3, 4) angeordneten Rotor (5), der relativ zu dem Stator (2) drehbar gelagert ist, mit einer in drehfestem Kontakt mit dem Rotor (5) stehenden Rotorwelle (6) und mit zumindest einem Rotorlagesensor (7), der einen aktiven Sensorabschnitt (8) und einen passiven Sensorabschnitt (9) aufweist. Einer des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) ist direkt oder indirekt mit dem Stator (2) verbunden und ein anderer des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) ist drehfest mit der Rotorwelle (6) verbunden, um eine Winkelstellung des Stators (2) relativ zu dem Rotor (5) zu erfassen. Die Axialflussmaschine weist weiterhin ein Einstellelement auf, das einen Axialabstand zwischen dem aktiven Sensorabschnitt (8) und dem passiven Sensorabschnitt (9) bestimmt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Maschinenanordnung mit einer derartigen elektrischen Axialflussmaschine (1).

Description

Elektrische Axialflussmaschine mit Rotorlaqesensor und Einstellelement sowie elektrische Maschinenanordnunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine, vorzugsweise für den Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Stator, der zumindest eine Statorhälfte aufweist, mit einem in Axialrichtung zu der zumindest einen Statorhälfte angeordneten Rotor, der relativ zu dem Stator drehbar gelagert ist, mit einer in drehfestem Kontakt mit dem Rotor stehenden Rotorwelle und mit zumindest einem Rotorlagesensor, der einen aktiven Sensorabschnitt und einen passiven Sensorabschnitt aufweist, wobei einer des aktiven Sensorabschnitts und des passiven Sensorabschnitts direkt oder indirekt mit dem Stator verbunden ist, und ein anderer des aktiven Sensorabschnitts und des passiven Sensorabschnitts drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, um eine Winkelstellung des Stators relativ zu dem Rotor zu erfassen.
Bei Elektromotoren bzw. Elektromaschinen, insbesondere bei Synchronmaschinen, werden Rotorlagesensoren verwendet, um ständig die rotatorische Position des Rotors relativ zu der des Stators erfassen zu können. Genauer gesagt erfassen Rotorlagesensoren als Signal die aktuelle Position der im Rotor integrierten Rotormagnete, z.B. Permanentmagnete, relativ zu der Position der in den Stator integrierten Statormagnete, z.B. Elektromagnete. Üblicherweise weist ein Rotorlagesensor einen aktiven Sensorabschnitt auf, der mit dem Stator, insbesondere mit einem Statorgehäuse oder mit einem mit dem Statorgehäuse verbundenen Bauteil, gekoppelt ist, und weist einen passiven Sensorabschnitt auf, der drehfest mit der Rotorwelle, insbesondere mit einem mit der Rotorwelle verbundenen Bauteil, gekoppelt ist. Damit der Rotorlagesensor aussagekräftige Informationen bereitstellen kann, ist es wichtig, dass der passive Sensorabschnitt und der aktive Sensorabschnitt in Axialrichtung zueinander sehr genau ausgerichtet sind. Diese Information des Rotorlagesensors ist wichtig dafür, dass die Statormagnete richtig bestromt und angesteuert werden können. Dementsprechend sind die Signale der Rotorlagesensoren eine wichtige Eingangsgröße für die Leistungselektronik des jeweiligen Elektromotors.
Eine besondere Herausforderung stellt die exakte Ausrichtung der Bauteile des Rotorlagesensors zueinander in Axialflussmaschinen bzw. Axialflussmotoren als besondere Ausführungsform eines Elektromotors dar. Bei Axialflussmaschinen sind der Stator und der Rotor, die jeweils in Form von flachen, meist scheibenförmigen Unterbaugruppen ausgebildet sind, axial (in Bezug auf eine Abtriebswelle bzw. Rotationsachse des Elektromotors) nebeneinander angeordnet und es wirken Magnetkräfte zwischen dem Stator und dem Rotor in Axialrichtung. Zwischen dem Rotor und dem Stator gibt es sich (in Bezug auf eine Abtriebswelle bzw. Rotationsachse des Elektromotors) in Radialrichtung erstreckende Luftspalte, deren Breite großen Einfluss auf die Funktion und die Eigenschaften der Axialflussmaschine hat. Die Breite der Luftspalte, also der Abstand zwischen den Rotor-und Statorunterbaugruppen, sollte unabhängig von den Magnetkräften, von denen sie in Axialrichtung durchströmt werden, unverändert / gleichbleiben. Zu diesem Zweck werden bei der Montage der Axialflussmaschine viele Bauteile und Unterbaugruppen der Axialflussmaschine, insbesondere im Innenbereich der Axialflussmaschine, d.h. in der unmittelbaren Umgebung vom Rotor, so ausgerichtet, dass die Breite der Luftspalte und andere magnetisch relevante Abstände optimal sind und möglichst stabil bleiben.
Im Zuge dieser axialen Bauteilausrichtung im Hinblick auf die magnetisch relevanten Abstände wirken sich Bauteiltoleranzen besonders stark auf die magnetisch weniger relevanten Außenbereiche der Axialflussmaschine aus, insbesondere also Bereiche, die sich nicht in der direkten Umgebung des Rotors befinden. In Axialflussmaschinen sind die Rotorlagesensoren so angeordnet, dass der aktive und der passive Sensorabschnitt in Axialrichtung voneinander beabstandet sind, d.h. einen Axialabstand zueinander aufweisen. Dabei werden der aktive und/oder der passive Sensorabschnitt üblicherweise in einiger Entfernung von den von den Magnetkräften durchströmten Bauteilen angeordnet. Somit unterliegen der aktive und der passive Sensorabschnitt des Rotorlagesensors relativ großen axialen Lagetoleranzen. Damit kann es sein, dass sich der höhere Bauteiltoleranzeinfluss im Außenbereich der Axialflussmaschine ungünstig auf die Messgenauigkeit des Rotorlagensensors auswirkt.
Demnach sollte der Rotorlagesensor für axiale Verlagerungen der Bauteile der Axialflussmaschine möglichst unempfindlich sein oder durch einen separaten axialen Einstellvorgang bei der Montage des Sensors an der Axialflussmaschine axial exakt ausgerichtet werden. Aufgrund der axial kurzen Baulänge der Axialflussmaschine und der relativ zur axialen Baulänge großen Durchmesser der Axialflussmaschine, werden üblicherweise nur Rotorlagesensoren mit kurzer axialer Baulänge in die Axialflussmaschine integriert. Diese Bauraumanforderungen erzwingen meist ein Sensorwirkprinzip, das üblicherweise nur geringe axiale Verlagerungen zwischen dem passiven und dem aktiven Sensorabschnitt verkraften kann.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor beschriebenen Nachteile bisher bekannter Axialflussmaschinen zu minimieren bzw. zu beseitigen. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axialflussmaschine bereitzustellen, bei der der passive und der aktive Sensorabschnitt axial exakt zueinander ausgerichtet sind.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Axialflussmaschine dadurch gelöst, dass die Axialflussmaschine ein Einstellelement aufweist, insbesondere einen Einstellring, das den Axialabstand zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem passiven Sensorabschnitt bestimmt/regelt/vorgibt, wie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beansprucht. Ebenso wird die Erfindung mittels einer elektrischen Maschinenanordnung nach Anspruch 10 gelöst. Der Axialabstand ist der Abstand zwischen dem aktiven und dem passiven Sensorabschnitt in Axialrichtung der Axialflussmaschine. Die Axialrichtung entspricht der Richtung, in die sich eine Abtriebswelle der Axialflussmaschine erstreckt, die mit ihrer Längsachse die Rotationsachse der Axialflussmaschine definiert, verläuft.
Dabei misst der aktive Sensorabschnitt die Lage des passiven Sensorabschnittes relativ zu sich selbst und bestimmt daraus einen Winkel. Somit stellt der Rotorlagesensor über den aktiven Sensorabschnitt ein Signal bereit, das die Winkelstellung von Stator zu Rotor und damit die Winkelstellung der Statormagnete relativ zu dem zumindest einen Rotormagneten angibt.
Über das Einstellelement kann der Abstand zwischen dem aktiven und dem passiven Sensorabschnitt in Axialrichtung verändert und eingestellt/festgelegt werden.
Aufgrund des Einstellelementes kann der aktive oder passive Sensorabschnitt im gewünschten Abstand zu der sich aus Bauteiltoleranzen und Montagebedingungen der Axialflussmaschine ergebenen Position des anderen Sensorabschnitts des jeweiligen Rotorlagesensors befestigt werden. Somit ist es beim erfindungsgemäßen Axialflussmotor möglich, den passiven und aktiven Sensorabschnitt des Rotorlagensensors exakt axial auszurichten.
In anderen Worten betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Axialfluss- Elektromaschine, vorzugsweise zum Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Stator und mit einem Rotor. Eine Rotorwelle steht mit dem Rotor in Drehkontakt. Der Rotor ist über mindestens eine Lagerstelle innerhalb der elektrischen Axialfluss-Elektromaschine drehbar gelagert. Vorzugsweise weist der Stator mindestens eine erste und eine zweite Statorhälfte auf, die auf jeweils unterschiedlichen axialen Seiten durch einen Luftspalt axial vom Rotor beabstandet sind. Zwischen einem aktiven Sensorabschnitt eines Sensors (Rotorlagesensor) und seiner axialen Bezugsfläche einer Sensoraufnahme (z.B. an einem Stator) und/oder zwischen einem passiven Sensorabschnitt des Sensors und seiner axialen Bezugsfläche einer Sensoraufnahme (z.B. an einem Rotor) ist ein Einstellelement vorgesehen. Der Sensor ist in Kombination mit einer in Umfangsrichtung wirksamen formschlüssigen Ausrichtvorrichtung und/oder Verdrehsicherung axial verstellbar.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben.
Insbesondere ist das Einstellelement ein von dem Rotorlagesensor separat ausgebildetes Bauteil.
Es ist vorteilhaft, wenn der Stator selbst oder ein mit ihm gekoppeltes Bauteil, insbesondere integral, einen ersten Halteabschnitt aufweist, der den aktiven Sensorabschnitt aufnimmt, und die Rotorwelle, insbesondere integral, einen zweiten Halteabschnitt aufweist, der den passiven Sensorabschnitt aufnimmt, und das Einstellelement (in Bezug auf eine Abtriebswelle bzw. Rotationsachse des Elektromotors) in Axialrichtung zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem ersten Halteabschnitt und/oder ein Einstellelement zwischen dem passiven Sensorabschnitt und dem zweiten Halteabschnitt vorgesehen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Axialflussmaschine ist es vorgesehen, dass die Dicke und/oder die Elastizität des Einstellelementes so gewählt ist, dass der Axialabstand zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem passiven Sensorabschnitt in einem vorbestimmten Sollbereich liegt.
Je dicker und/oder je weniger elastisch das Einstellelement ist, desto geringer ist der Abstand zwischen aktivem und passivem Sensorabschnitt. Je dünner und/oder je elastischer das Einstellelement ist, desto größer ist der Abstand zwischen aktivem und passivem Sensorabschnitt. Somit kann der Abstand zwischen aktivem und passivem Sensorabschnitt auf einfach realisierbare Weise verändert bzw. festgelegt werden. Der Abstand zwischen dem aktiven und dem passiven Sensorabschnitt muss dabei innerhalb des vorbestimmten Sollbereichs liegen, um einen funktionssicheren Betrieb des Rotorlagesensors gewährleisten zu können. Dies ist über die Dicke des Einstellelementes realisiert.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass der erste Halteabschnitt integral mit dem Stator, insbesondere mit einem Statorgehäuse des Stators, und/oder integral mit einem Axialflussmaschinengehäuse und/oder integral mit einem separat vom Stator und vom Axialflussmaschinengehäuse ausgebildeten Gehäuselement, das mit dem Stator und/oder dem Axialflussmaschinengehäuse verbunden/gekoppelt ist, ausgebildet ist und der aktive Sensorabschnitt (insbesondere als eigenständiges Bauteil) separat von dem ersten Halteabschnitt ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise gibt es also verschiedene Möglichkeiten zur Anbringung des aktiven Sensorabschnitts innerhalb der Axialflussmaschine: am Stator bzw. am Statorgehäuse selbst, am Axialflussmaschinengehäuse oder an einem Gehäuseelement, das mit dem Stator und/oder dem Axialflussmaschinengehäuse verbunden und separat von diesen ausgebildet ist. Eine individuelle Anbringung des aktiven Sensorabschnittes in Abhängigkeit der Struktur der jeweiligen Axialflussmaschine ist somit möglich. Dabei ist der aktive Sensorabschnitt immer separat von diesen Bauteilen der Axialflussmaschine ausgebildet. Somit kann der aktive Sensorabschnitt als eigenständiges Bauteil unabhängig von den übrigen Bauteilen der Axialflussmaschine leicht ausgetauscht werden.
Weiter bevorzugt ist es, wenn der zweite Halteabschnitt integral mit der Rotorwelle, insbesondere mit (einer Stirnseite) einer Wellenschulter der Rotorwelle, ausgebildet ist und der zweite Halteabschnitt der passive Sensorabschnitt ist oder der passive Sensorabschnitt (als eigenständiges Bauteil) separat von dem zweiten Halteabschnitt in Form einer Hülse ausgebildet ist, die direkt und drehfest mit der Rotorwelle verbunden gekoppelt ist. Beispielsweise ist der passive Sensorabschnitt in Form von einer Vielzahl auf dem Umfang einer Stirnseite einer Wellenschulter der Rotorwelle vorgesehenen Vertiefungen ausgebildet. Die Vertiefungen sind dabei in einer vordefinierten Winkellage zu den Rotormagneten angeordnet. Der aktive Sensorabschnitt erfasst die Position der Vertiefungen und kann daraus dann den Winkel zwischen Rotormagneten und Statormagneten bestimmen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der passive Sensorabschnitt als separates Bauteil von der Rotorwelle in Form einer Hülse ausgebildet und mit dieser drehfest verbunden ist.
Weiter alternativ dazu ist es möglich, dass der Rotorlagesensor die Stellung von besser elektrisch oder magnetisch leitfähigen Bereichen und von schlechter elektrisch oder magnetisch leitfähigen Bereichen erfasst oder die Stellung von stärkeren magnetischen Bereichen und von schwächeren magnetischen Bereichen erfasst.
Insbesondere weist die Hülse einen (in Bezug auf eine Abtriebswelle bzw.
Rotationsachse des Elektromotors) radial verlaufenden Hülsenabschnitt und einen (in Bezug auf eine Abtriebswelle bzw. Rotationsachse des Elektromotors) axial verlaufenden Hülsenabschnitt auf, wobei der axial verlaufende Hülsenabschnitt in radialem Anlagekontakt mit einer korrespondierenden Gegenkontur am zweiten Halteabschnitt ist.
Vorteilhafterweise dient der radiale Anlagekontakt zwischen passivem Sensorabschnitt und zweitem Halteabschnitt bzw. Rotorwelle zur radialen Ausrichtung des als Hülse ausgebildeten passiven Sensorabschnitts.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der radial verlaufende Hülsenabschnitt auf seinem Umfang Vertiefungen auf, die von dem aktiven Sensorabschnitt erfasst werden. Außerdem kann es vorgesehen sein, dass am axial verlaufenden Hülsenabschnitt ein sich (in Bezug auf eine Abtriebswelle bzw. Rotationsachse des Elektromotors) in Radialrichtung erstreckender Fortsatz ausgebildet ist, der in eine dazu komplementär ausgebildete Nut an der Rotorwelle eingreift.
In anderen Worten liegt also ein Formschluss zwischen Rotorwelle und Hülse bzw. passivem Sensorabschnitt vor. Der Fortsatz dient vorteilhafterweise dazu, sicherzustellen, dass die Hülse auch (in Bezug auf eine Abtriebswelle bzw. Rotationsachse des Elektromotors) in Umfangsrichtung richtig ausgerichtet montiert ist. Somit dient der Fortsatz als Ausrichtehilfe des passiven Sensorabschnitts. Außerdem verhindert der Fortsatz in Kooperation mit der Nut an der Rotorwelle, dass sich die Hülse in Umfangsrichtung verdrehen kann. Damit dient der Fortsatz auch als Verdrehsicherung.
Weiterhin ist es denkbar, dass der aktive Sensorabschnitt einen sich in Axialrichtung erstreckenden Vorsprung aufweist, der an seinem freien Ende einen Fortsatz ausbildet, der in eine komplementär dazu ausgebildete Gegenkontur am ersten Halteabschnitt hineinragt.
Damit kann durch den Vorsprung am aktiven Sensorabschnitt eine exakte Ausrichtung des aktiven Sensorabschnittes in Umfangsrichtung bzw. in Radialrichtung relativ zu den im Stator bzw. in den Statorhälften integrierten Statormagneten sichergestellt werden.
Der Fortsatz hat den Vorteil, dass auch der aktive Sensorabschnitt in Umfangsrichtung richtig ausgerichtet montiert ist. Außerdem verhindert der Fortsatz in Kooperation mit der entsprechenden Gegenkontur am ersten Halteabschnitt, dass sich der aktive Sensorabschnitt in Umfangsrichtung verdreht. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass in dem Fall, in dem der erste Halteabschnitt integral mit dem Axialflussmaschinengehäuse ausgebildet ist, ein erster Axialflussmaschinengehäuseabschnitt mit dem Stator, insbesondere mit dem Statorgehäuse, an einer ersten Verbindungsstelle verbunden ist und ein zweiter Axialflussmaschinengehäuseabschnitt, der den ersten Halteabschnitt ausbildet, mit dem ersten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt an einer zweiten Verbindungsstelle verbunden ist und ein Einstellelement an der zweiten Verbindungsstelle angeordnet ist.
In diesem Fall wird über das Einstellelement an der zweiten Verbindungsstelle der Axialabstand (Abstand in Axialrichtung) zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem passiven Sensorabschnitt verändert bzw. eingestellt. Der Einbau, der Ausbau bzw. Wechsel des Einstellelementes an dieser zweiten Verbindungsstelle ist sehr einfach zu realisieren und lässt sich einfacher bewerkstelligen, als wenn das Einstellelement zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem ersten Halteabschnitt angeordnet ist.
Natürlich ist aber auch denkbar, dass zusätzlich zu dem Einstellelement an der zweiten Verbindungsstelle ein Einstellelement zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem ersten Halteabschnitt angeordnet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in dem Fall, in dem der erste Halteabschnitt integral mit dem Stator, insbesondere mit dem Statorgehäuse ausgebildet ist, ein erster Axialflussmaschinengehäuseabschnitt mit dem Stator, insbesondere mit dem Statorgehäuse, an einer ersten Verbindungsstelle verbunden ist und ein zweiter Axialflussmaschinengehäuseabschnitt mit dem ersten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt an einer zweiten Verbindungsstelle verbunden ist und das Einstellelement an der ersten Verbindungsstelle angeordnet ist. In diesem Fall wird über das Einstellelement an der ersten Verbindungsstelle der Axialabstand (Abstand in Axialrichtung) zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem passiven Sensorabschnitt verändert bzw. eingestellt. Der Einbau, der Ausbau bzw. Wechsel des Einstellelementes an dieser ersten Verbindungsstelle ist sehr einfach zu realisieren und lässt sich einfacher bewerkstelligen, als wenn das Einstellelement zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem ersten Halteabschnitt angeordnet ist.
Natürlich ist aber auch denkbar, dass zusätzlich zu dem Einstellelement an der ersten Verbindungsstelle ein Einstellelement zwischen dem aktiven Sensorabschnitt und dem ersten Halteabschnitt angeordnet ist.
Auch wenn üblicherweise ein Rotorlagesensor pro Axialflussmaschine verwendet wird, können natürlich auch zwei oder mehr Rotorlagesensoren pro Axialflussmaschine verwendet werden.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn der aktive Sensorabschnitt mit Kabeln, elektrischen Kontakten und/oder anderen Strom- und Signalübertragungselementen verbunden ist.
Über diese elektrischen Anschlüsse ist der aktive Sensorabschnitt zum Einen mit Energie versorgbar und kann zum anderen die Signale an eine Prozesseinheit (oder auch Axialflussmaschinen-Steuerungsmodul) weitergeben, die mit der Axialflussmaschine, insbesondere mit dem aktiven Sensorabschnitt, gekoppelt ist.
Dazu ist es wünschenswert, wenn die Übergangsstelle, an der die Kabel, die elektrischen Kontakte und/oder die anderen Strom- und Signalübertragungselemente durch den Stator, insbesondere das Statorgehäuse, oder durch das Gehäuseelement durchgeführt werden, mit einer Dichtung versehen ist. Diese Dichtung verhindert, dass an der Übergangsstelle ungewollt Fluid in die Axialflussmaschine eindringen kann.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschinenanordnung mit einer Leistungselektronik und/oder einem Hochvoltspeicher/Energiespeicher, die die zuvor beschriebene elektrische Axialflussmaschine aufweist. Die elektrische Maschinenanordnung weist alle Vorteile der erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine auf.
Es wird weiter ein Antriebsstrang mit einer derartigen elektrischen Maschinenanordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit so einem Antriebsstrang vorgeschlagen.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung in einem Axialschnitt in schematischer Darstellung, mit einem Rotorlagesensor, wobei der erste Halteabschnitt am Statorgehäuse vorgesehen ist und der passive Sensorabschnitt integral mit der Rotorwelle ausgebildet ist;
Fig. 2 eine elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung in einem Axialschnitt in schematischer Darstellung, mit jeweils einem Rotorlagesensor pro Statorhälfte in unterschiedlicher Anordnung von aktivem und passivem Sensorabschnitt; und Fig. 3 eine elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung in einem Axialschnitt in schematischer Darstellung, mit jeweils einem Rotorlagesensor pro Statorhälfte, wobei jeweils ein Einstellelement an einer ersten Verbindungsstelle und an einer zweiten Verbindungsstelle vorgesehen ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Ferner können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden.
In den nachfolgend beschriebenen Figuren 1 bis 3 definiert eine Abtriebswelle AW einer elektrischen Axialflussmaschine 1 die Axialrichtung (siehe Pfeil AR) und die Radialrichtung (siehe Pfeil RR). Die Abtriebswelle AW definiert mit ihrer Längsachse, die in Axialrichtung verläuft, die Rotationsachse R der Axialflussmaschine 1.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Axialflussmaschine 1 mit einem Stator 2, der eine erste Statorhälfte 3 und eine zweite Statorhälfte 4 mit jeweils zumindest einem Statormagneten (bspw. Elektromagnet) aufweist. Weiterhin weist die elektrische Axialflussmaschine 1 einen zwischen den Statorhälften 3, 4 angeordneten Rotor 5, der zumindest einen Rotormagneten (bspw. Permanentmagnete) aufweist und relativ zum Stator 2 drehbar gelagert ist, sowie eine in drehfestem Kontakt mit dem Rotor 5 stehende Rotorwelle 6 sowie zumindest einen Rotorlagesensor 7 auf. Die Rotorwelle 6 ist über eine Innenverzahnung mit einer Außenverzahnung der Abtriebswelle AW verbunden. Der Rotorlagesensor 7 ist hier an der zweiten Statorhälfte 4 angeordnet. Dabei ist der Rotorlagesensor 7 radial innerhalb der zweiten Statorhälfte 4 angeordnet. Der Rotorlagesensor 7 hat einen aktiven Sensorabschnitt 8, der direkt oder indirekt mit dem Stator 2 verbunden ist, und einen passiven Sensorabschnitt 9, der drehfest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist insbesondere integral mit dieser ausgebildet ist. Ein Einstellelement 10 regelt/bestimmt den Axialabstand zwischen dem aktiven Sensorabschnitt 8 und dem passiven Sensorabschnitt 9. Zwischen den Statormagneten und dem zumindest einen Rotormagneten wird ein Magnetfeld erzeugt Dieses Magnetfeld führt dazu, dass sich der Rotor 5 relativ zum Stator 2 dreht. Die Rotorwelle 6 dreht sich dann mit dem Rotor 5 und durch die Verzahnung der Rotorwelle 6 wird die Abtriebswelle AW rotiert, die sich um ihre Längsachse dreht. Zwischen dem zumindest einen Rotormagneten des Rotors 5 und den Statormagneten des Stators 2 wirkt aufgrund von dem Magnetfeld eine Magnetkraft in Axialrichtung. Die Magnetkraft wirkt jeweils von den Statormagneten nach innen zum zumindest einen Rotormagneten hin (siehe Pfeile A).
Der aktive Sensorabschnitt 8, der drehfest mit dem Stator 2 verbunden ist, erfasst die Position des passiven Sensorabschnittes 9, der drehfest mit dem Rotor 5 verbunden ist. Somit erfasst der aktive Sensorabschnitt 8 des Rotorlagesensors 7 eine Winkelstellung der Statormagnete relativ zu den Rotormagneten.
Der aktive Sensorabschnitt 8 ist hier als vom Stator 2 separat ausgebildetes Bauteil vorgesehen. Der aktive Sensorabschnitt 8 ist über einen ersten Halteabschnitt 11 , der einem Bereich des Stators 2 entspricht, mit dem Stator 2 direkt verbunden. Der aktive Sensorabschnitt 8 weist elektrische bzw. elektronische Komponenten auf und ist über Kabel (nicht dargestellt) mit einem Axialflussmaschinen-Steuerungsmodul (Prozesseinheit) verbunden. Über dieses Steuerungsmodul wird der aktive Sensorabschnitt angesteuert und der aktive Sensorabschnitt gibt die von ihm generierten Signale (Winkelstellungen) an dieses weiter.
Der passive Sensorabschnitt 9 ist integral mit der Rotorwelle 6 vorgesehen. Damit ist der passive Sensorabschnitt 9 identisch mit einem zweiten Halteabschnitt 12.
Genauer gesagt ist der passive Sensorabschnitt 9 in Form von Vertiefungen, die ausgehend von der Stirnseite der Wellenschulter der Rotorwelle 6 in Axialrichtung vertieft sind, vorgesehen. Werden nun die Statormagnete bestromt, erzeugen diese ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld bzw. die daraus resultierenden Magnetkräfte ziehen die Rotormagnete an bzw. stoßen diese ab. Dadurch wird der Rotor 5 in eine Drehbewegung versetzt. Die Rotorwelle 6 dreht sich zusammen mit dem Rotor 5. Der aktive Sensorabschnitt 8 erfasst nun die sich mit der Drehbewegung der Rotorwelle 6 ändernden Position des passiven Sensorabschnitts 9 und bestimmt daraus die Winkelstellung der Statormagnete zu den Rotormagenten.
In Axialrichtung ist hier zwischen dem aktiven Sensorabschnitt 8 und dem ersten Halteabschnitt 11 ein Einstellelement 10, insbesondere ein Einstellring, vorgesehen. Über dieses Einstellelement 10 wird der Axialabstand (Abstand in Axialrichtung) zwischen dem aktiven Sensorabschnitt 8 und dem passiven Sensorabschnitt 9 geregelt. Somit kann mithilfe von dem Einstellelement 10 ein funktionssicherer Betrieb des Rotorlagesensors 7 gewährleistet werden. Über die Dicke des Einstellelementes 10 kann die Einbauposition des aktiven Sensorabschnitts 8 relativ zum Stator 2 exakt und zuverlässig verändert und festgelegt bzw. geregelt werden.
Der erste Halteabschnitt 11 ist hier ein Bestandteil eines Statorgehäuses 13, das den Stator 2 aufnimmt. Das Statorgehäuse 13 weist wiederum zwei Halbschalen, eine erste Halbschale 14 und eine zweite Halbschale 15, auf. Die erste Halbschale 14 umgibt bzw. umschließt die erste Statorhälfte 3 an den Seiten der ersten Statorhälfte 3, die nicht dem Rotor 5 zugewandt sind, und definiert somit die Außenkante bzw. Außenseite der ersten Statorhälfte 3. Die zweite Halbschale 15 umgibt bzw. umschließt die zweite Statorhälfte 4 an den Seiten der zweiten Statorhälfte 4, die nicht dem Rotor 5 zugewandt sind, und definiert somit die Außenkante bzw. Außenseite der zweiten Statorhälfte 4. Dabei ist der erste Halteabschnitt 11 an der zweiten Halbschale 15 integral ausgebildet.
Der aktive Sensorabschnitt 8 weist einen sich in Axialrichtung erstreckenden
Vorsprung 16 auf, der an seinem freien Ende einen Fortsatz aufweist, der in eine komplementär dazu ausgebildete Gegenkontur am ersten Halteabschnitt 11 hineinragt. Die Dicke des Einstellelementes 10 legt fest, wie weit der Fortsatz bei der Montage des aktiven Sensorabschnitts 8 am ersten Halteabschnitt 11 (am Stator 2) in die Gegenkontur am ersten Halteabschnitt 11 eingeführt wird. Dieser Fortsatz erlaubt damit eine Ausrichthilfe sowie eine sichere und gleichbleibende Anordnung in Radialrichtung bzw. in Umfangsrichtung vom aktiven Sensorabschnitt 8 am ersten Halteabschnitt 11 .
Die erste Halbschale 14 ist über ein erstes Lager 17 mit der Rotorwelle 6 verbunden und die zweite Halbschale 15 ist über ein zweites Lager 18 mit der Rotorwelle 6 verbunden. Das erste und das zweite Lager 17, 18 sind hier jeweils als einreihiges Schrägkugellager ausgeführt. Die Lager 17, 18 stützen den Rotor 5 sowohl axial, als auch radial über die Rotorwelle 6 an den beiden Statorhälften 3 und 4 ab. Das erste Lager 17 verbindet also die erste Statorhälfte 3 mit der Rotorwelle 6 und das zweite Lager 18 verbindet die zweite Statorhälfte 4 mit der Rotorwelle 6. Genauer gesagt verbindet das erste Lager 17 die erste Halbschale 14 mit der Rotorwelle 6 und das zweite Lager 18 die zweite Halbschale 15 mit der Rotorwelle 6. Der aktive Sensorabschnitt 8 ist in Axialrichtung zwischen dem zweiten Lager 18 und dem passiven Sensorabschnitt 9 bzw. der Stirnseite der Wellenschulter der Rotorwelle 6 angeordnet.
Weiterhin weist die elektrische Axialflussmaschine 1 ein Axialflussmaschinengehäuse 19 auf, mit dem der Stator 2 drehfest verbunden ist. Zusätzlich stützt das Axialflussmaschinengehäuse 19 über ein Lager 20 (einreihiges Kugellager) die Abtriebswelle AW ab. Außerdem kämmt die Abtriebswelle AW außerhalb des Axialflussmaschinengehäuses 19 über eine weitere Außenverzahnung mit einem Zahnrad einer Getriebestufe 21 .
Das Axialflussmaschinengehäuse 19 weist einen ersten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 22 und einen zweiten
Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 23 auf. Fig. 2 zeigt die elektrische Axialflussmaschine 1 in I-Anordnung in einem Axialschnitt in schematischer Darstellung, mit jeweils einem Rotorlagesensor 7 pro Statorhälfte 3, 4. Es ist jedoch anzumerken, dass in Figur 2 jeweils ein Rotorlagesensor 7 pro Statorhälfte gezeigt ist, um in Figur 2 möglichst viele Ausführungsvananten zu zeigen. Im Allgemeinen ist ein Rotoralagesensor 7 pro Axialflussmaschine 1 ausreichend und es gibt bei den meisten Axialflussmaschinen 1 keinen Grund, einen zweiten Rotorlagesensor 7 einzubauen. Zwei Rotorlagesensoren 7 pro Axialflussmaschine 1 werden daher, wenn überhaupt, nur in Sonderfällen Anwendung finden. Es ist daher zu erwähnen, dass die zwei Rotorlagesensoren 7 pro Axialflussmaschine 1 nur aus Darstellungsgründen gezeigt sind und üblicherweise lediglich einer der beiden Rotorlagesensoren 7 verwendet wird. Dabei entspricht die elektrische Axialflussmaschine 1 aus Fig. 2 im Wesentlichen der elektrischen Axialflussmaschine 1 der Fig. 1 mit folgenden Unterschieden:
Die elektrische Axialflussmaschine 1 weist einen ersten Rotorlagesensor 7a, der mit der ersten Statorhälfte 3 gekoppelt ist, oder einen zweiten Rotorlagesensor 7b auf, der mit der zweiten Statorhälfte 4 gekoppelt ist.
Nachfolgend wird zuerst der erste Rotorlagesensor 7a beschrieben. Der erste Halteabschnitt 11 für den aktiven Sensorabschnitt 8 des ersten Rotorlagesensors 7a ist integral mit der der ersten Halbschale 14 ausgebildet. Der aktive Sensorabschnitt 8 ist dabei in Axialrichtung nahe der Seite des ersten Lagers 17, die dem Rotor 5 abgewandt ist, angeordnet. Ein Einstellelement 10 ist für den aktiven Sensorabschnitt 8 nicht vorgesehen.
Der zweite Halteabschnitt 12 ist hier integral mit der Rotorwelle 6 ausgebildet. Der passive Sensorabschnitt 9 ist in Form einer Hülse 9 ausgebildet, die (als eigenständiges Bauteil) separat von der Rotorwelle 6 vorgesehen ist. Die Hülse 9 ist über den zweiten Halteabschnitt 12 an der Rotorwelle 6 mit dieser verbunden. Die Hülse 9 weist dabei einen radial verlaufenden Hülsenabschnitt 24 und einen axial verlaufenden Hülsenabschnitt 25 auf. Der axial verlaufende Hülsenabschnitt 25 ist dabei in radialem Anlagekontakt mit einer korrespondierenden Gegenkontur am zweiten Halteabschnitt 12. Am axial verlaufenden Hülsenabschnitt 25 ist ein sich in Radialrichtung erstreckender Fortsatz 26 ausgebildet, der in eine dazu komplementär ausgebildetem schräg zu einer Rotationsrichtung verlaufende Nut an der Rotorwelle 6 eingreift.
Der aktive Sensorabschnitt 8 ist in Axialrichtung zwischen dem ersten Lager 17 und dem radial verlaufenden Hülsenabschnitt 24 angeordnet. Der radial verlaufende Hülsenabschnitt 24 weist Aussparungen oder Vertiefungen auf, die von dem aktiven Sensorabschnitt 8 erfasst werden, um die Winkelstellung der Statormagnete relativ zu den Rotormagneten bestimmen zu können.
Zur Befestigung der Hülse 9 an der Rotorwelle 6 wird der axial verlaufende Hülsenabschnitt 25 in die Rotorwelle 6 eingepresst. Ein Einstellelement 10 mit einer festgelegten Dicke ist in Axialrichtung zwischen Rotorwelle 6 und dem axial verlaufenden Hülsenabschnitt 25 angeordnet. Die Dicke des Einstellelementes 10 ist so gewählt, dass die Einpresstiefe prozesssicher variierbar ist und auf die tatsächlich Lage des aktiven Sensorabschnitts 8 anpassbar ist. Bei der Montage der Hülse 9 an der Rotorwelle 6 wird die Hülse 9 in die Rotorwelle 6 eingepresst, bis sie auf das Einstellelement 10 trifft und der Einpressvorgang dann gestoppt wird. Alternativ dazu ist auch ein weggesteuerter Einpressvorgang ohne Endanschlag möglich, um die Hülse 9 in der richtigen axialen Lage zu dem aktiven Sensorabschnitt 8 zu platzieren. Da beim ersten Rotorlagesensor 7a also die axiale Einbauposition des passiven Sensorabschnitts 9 an die axiale Lage des aktiven Sensorabschnitts 8 angepasst wird, kann der aktive Sensorabschnitt 8 direkt (ohne Berücksichtigung von axialen Korrekturmaßen oder Einstellelementen) am Stator 2 bzw. an der ersten Halbschale 14 befestigt werden. Das heißt, dass der Axialabstand zwischen aktivem und passivem Sensorabschnitt 8, 9 über die Dicke des Einstellelementes 10, das axial zwischen passivem Sensorabschnitt 9 und Rotorwelle 6 vorgesehen ist, eingestellt wird. Nachstehend wird der zweite Rotorlagesensor 7b beschrieben. Dieser ist in einem deckelähnlichen Gehäuseelement 27 aufgenommen, welches an die der Rotorwelle zugewandten Stirnseite der zweiten Halbschale 15 anschließt. Das Gehäuseelement 27 ist als zusätzliches Bauteil separat von dem Statorgehäuse 13 und dem Axialflussmaschinengehäuse 19 ausgebildet. Genau genommen nimmt das Gehäuseelement 27 den aktiven Sensorabschnitt 8 des zweiten Rotorlagesensors 7b sowie einen Wellenerdungsring 28 und einen Radialwellendichtring 29 auf. Diese drei Komponenten stehen mit der Rotorwelle 6 direkt in Kontakt und/oder interagieren mit dieser. Indem das Gehäuseelement 27 axial in die zweite Statorhälfte 4 eingeschoben oder eingepresst wird, können durch einen einzigen Einstellvorgang die Positionen dieser drei Komponenten relativ zur Rotorwelle 6 angepasst/festgelegt werden.
Das Gehäuseelement 27 weist einen radial verlaufenden Gehäuseelementabschnitt 30 und einen axial verlaufenden Gehäuseelementabschnitt 31 auf. Der aktiven Sensorabschnitt 8 liegt an dem radial verlaufenden Gehäuseelementabschnitt 30 an. Ein Einstellelement 10 ist in Axialrichtung zwischen dem axial verlaufenden Gehäuseelementabschnitt 31 und dem zweiten Lager 18 angeordnet. Das Einstellelement 10 dient als ein auf die Position der Rotorwelle 6 abgestimmter Anschlag für die Montage des Gehäuseelementes 27 am Stator 2 bzw. an der zweiten Statorhälfte 4.
Die Stirnseite der Wellenschulter der Rotorwelle 6, die der zweiten Statorhälfte 4 zugewandt ist, dient als passiver Sensorabschnitt 9. Dazu weist sie Vertiefungen auf, die von dem aktiven Sensorabschnitt 8 erfasst werden können.
Die Dicke des Einstellelementes 10 bestimmt, wie weit der radial verlaufende Gehäuseelementabschnitt 30 und damit der aktiven Sensorabschnitt 8 in Axialrichtung von dem passiven Sensorabschnitt 9 beabstandet sind. Hier wird also mithilfe von dem Einstellelement 10 der aktiven Sensorabschnitt 8 relativ zum passiven Sensorabschnitt 9 im gewünschten axialen Abstand positioniert. Auch das Gehäuseelement 27 kann mit einem in Radialrichtung hervorstehenden Fortsatz versehen sein, der in eine komplementäre Gegenkontur in der zweiten Statorhälfte 4 eingreift, um eine Verdrehsicherung und Ausrichtehilfe bereitzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform nach Fig. 2 ist das erste Lager 17 als Festlager vorgesehen, das Kräfte sowohl in die Radialrichtung als auch in die Axialrichtung zwischen der ersten Statorhälfte 3 und der Rotorwelle 6 überträgt. Das zweite Lager 18 ist als ein Loslager ausgebildet, das nur Kräfte in Radialrichtung, nicht aber in Axialrichtung zwischen der zweiten Statorhälfte 4 und der Rotorwelle 6 überträgt. Durch den verschiebbaren Lagersitz (Spielpassung) des zweiten Lagers 18 zwischen Rotorwelle 6 und dem zweiten Lager 18 kann sich das zweite Lager 18 in Axialrichtung relativ zur Rotorwelle 6 verschieben.
Fig. 3 zeigt eine elektrische Axialflussmaschine 1 in I-Anordnung in einem Axialschnitt in schematischer Darstellung, mit jeweils einem Rotorlagesensor 7 pro Statorhälfte 3, 4. Es ist jedoch anzumerken, dass in Figur 3 jeweils ein Rotorlagesensor 7 pro Statorhälfte gezeigt ist, um in Figur 3 möglichst viele Ausführungsvarianten zu zeigen. Im Allgemeinen ist ein Rotoralagesensor 7 pro Axialflussmaschine 1 ausreichend und es gibt bei den meisten Axialflussmaschinen 1 keinen Grund, einen zweiten Rotorlagesensor 7 einzubauen. Zwei Rotorlagesensoren 7 pro Axialflussmaschine 1 werden daher, wenn überhaupt, nur in Sonderfällen Anwendung finden. Es ist daher zu erwähnen, dass die zwei Rotorlagesensoren 7 pro Axialflussmaschine 1 nur aus Darstellungsgründen gezeigt sind und üblicherweise lediglich einer der beiden Rotorlagesensoren 7 verwendet wird. Die elektrische Axialflussmaschine 1 der Fig. 3 unterscheidet sich in folgenden Punkten von der elektrischen Axialflussmaschine 1 der Fig. 2:
Zunächst wird der erste Rotorlagesensor 7a beschrieben. Der aktive Sensorabschnitt 8 des ersten Rotorlagesensors 7a ist über den ersten Halteabschnitt 11 , der integral mit der ersten Halbschale 14 ausgebildet ist, direkt mit der ersten Halbschale 14 bzw. der ersten Statorhälfte 3 verbunden. In Axialrichtung ist zwischen dem ersten Halteabschnitt 11 und dem aktiven Sensorabschnitt 8 ein Einstellelement 10 vorgesehen. Der passive Sensorabschnitt 9 des ersten Rotorlagesensors 7a ist in Form einer Hülse 9 mit dem zweiten Halteabschnitt 12, der integral mit der Rotorwelle 6 ausgebildet ist, gekoppelt. In Axialrichtung ist zwischen der Stirnseite der Wellenschulter der Rotorwelle 6 und dem passiven Sensorabschnitt 9 ein Einstellelement 10 vorgesehen. In Axialrichtung ist der passive Sensorabschnitt 9 zwischen der Rotorwelle 6 und dem aktiven Sensorabschnitt 8 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform entfallen das erste und das zweite Lager 17, 18. Stattdessen ist das Statorgehäuse 13 über eine erste Verbindungsstelle 32 mit dem ersten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 22 (mithilfe von einem Befestigungsmittel, insbesondere ein Bolzen oder eine Schraube,) verbunden. An der ersten Verbindungsstelle 32 ist ebenfalls ein Einstellelement 10 vorgesehen. Damit wird der Abstand von dem aktiven Sensorabschnitt 8 zum passiven Sensorabschnitt 9 des ersten Rotorlagesensors 7a über die Gesamtdicke der drei zuvor beschriebenen Einstellelemente 10 festgelegt. Es ist anzumerken, dass es für eine exakte Abstandseinstellung zwischen dem aktiven und passiven Sensorabschnitt (8, 9) meist ausreichend ist, wenn ein Einstellelement an dem aktiven Sensorabschnitt vorhanden ist, mit dem die Lage des aktiven Sensorabschnitts (8) relativ zu dem passiven Sensorabschnitt (9) festgelegt ist, oder wenn ein Einstellelement an dem passiven Sensorabschnitt (9) vorhanden ist, mit dem die Lage des passiven Sensorabschnittes (9) relativ zu dem aktiven Sensorabschnitt (8) festgelegt ist. Wenn an beiden Sensorabschnitten (8, 9) Einstellelemente vorhanden sind, bietet dies die Möglichkeit, besonders große Positionsabweichungen zwischen den beiden Sensorabschnitten (8, 9) auszugleichen. Zusätzlich oder alternativ bieten Einstelemente an beiden Sensorabschnitten (8, 9) auch die Möglichkeit, verschiedene Toleranzen und Lageeinflüsse an unterschiedlichen Teilen oder Baugruppen während eines Montageablaufes der Axialflussmaschine separat zu ermitteln und mit den verschiedenen Einstellelementen separat auszugleichen. Nun wird der zweite Rotorlagesensor 7b beschrieben. Der aktive Sensorabschnitt 8 des zweiten Rotorlagesensors 7b ist direkt mit dem zweiten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 23 gekoppelt. Wenn der aktive Sensorabschnitt 8 direkt mit dem Axialflussmaschinengehäuse 19 gekoppelt ist, wird die Kabelverbindung zwischen dem aktiven Sensorabschnitt 8 und der ebenfalls mit der mit dem Axialflussmaschinengehäuse 19 verbundenen Steuerelektronik vereinfacht. Für den Fall, dass die Steuerelektronik mit dem Getriebegehäuse verbunden ist, das sich an den ersten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 22 anschließt, kann der aktive Sensorabschnitt 8 in diesem Fall direkt mit dem ersten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 22 verbunden sein.
Der passive Sensorabschnitt 9 des zweiten Rotorlagesensors 7b ist in Form einer Hülse 9 mit dem zweiten Halteabschnitt 12, der integral mit der Rotorwelle 6 ausgebildet ist, gekoppelt. In Axialrichtung ist zwischen der Stirnseite der Wellenschulter der Rotorwelle 6 und dem passiven Sensorabschnitt 9 ein Einstellelement 10 vorgesehen. In Axialrichtung ist der passive Sensorabschnitt 9 zwischen der Rotorwelle 6 und dem aktiven Sensorabschnitt 8 angeordnet.
Der erste und der zweite Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 22, 23 sind über eine zweite Verbindungsstelle 33 miteinander verbunden. An der zweiten Verbindungsstelle 33 ist ein Einstellelement 10 vorgesehen. Damit wird der Abstand von dem aktiven Sensorabschnitt 8 zum passiven Sensorabschnitt 9 des zweiten Rotorlagesensors 7b über die Gesamtdicke der zwei zuvor beschriebenen Einstellelemente 10 festgelegt.
Über die verschiedenen und unterschiedlich angeordneten Einstellelemente 10 können sowohl für den ersten Rotorlagesensor 7a als auch für den zweiten Rotorlagesensor 7b beide Sensorabschnitte 8, 9 jeweils über das daran anschließende Einstellelement 10 selbst exakt ausgerichtet werden oder nur ein Sensorabschnitt 8, 9 kann über das daran anschließende Einstellelement 10 axial gezielt relativ zum anderen Sensorabschnitt 8, 9 des jeweiligen Rotorlagesensors 7 ausgerichtet werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ dazu der Axialabstand zwischen dem aktiven und dem passiven Sensorabschnitt 8, 9 des ersten und/oder zweiten Rotorlagesensors 7a, 7b über die Einstellelemente 10 an der ersten bzw. zweiten Verbindungsstelle 32, 33 eingestellt werden.
Sowohl für den ersten Rotorlagesensor 7a als auch für den zweiten Rotorlagesensor 7b kann eine in Umfangsrichtung wirksame Ausrichtehilfe und Verdrehsicherung, wie sie im Zusammenhang mit den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, vorgesehen sein.
In Fig. 3 ist die Abtriebswelle AW nicht explizit dargestellt. Die Abtriebswelle AW ist über ein weiteres Lager 34 an dem zweiten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt 23 abgestützt.
Bezuqszeichenliste
1 elektrische Axialflussmaschine
2 Stator
3 erste Statorhälfte
4 zweite Statorhälfte
5 Rotor
6 Rotorwelle
7 Rotorlagesensor
7a erster Rotorlagesensor
7b zweiter Rotorlagesensor
8 aktiver Sensorabschnitt
9 passiver Sensorabschnitt
10 Einstellelement
11 erster Halteabschnitt
12 zweiter Halteabschnitt
13 Statorgehäuse
14 erste Halbschale
15 zweite Halbschale
16 Vorsprung
17 erstes Lager
18 zweites Lager
19 Axialflussmaschinengehäuse 20 Lager
21 Getriebestufe
22 erster Axialflussmaschinengehäuseabschnitt
23 zweiter Axialflussmaschinengehäuseabschnitt
24 radial verlaufender Hülsenabschnitt
25 axial verlaufender Hülsenabschnitt
26 Fortsatz
27 Gehäuseelement
28 Wellenerdungsring
29 Radialwellendichtring
30 radial verlaufender Gehäuseelementabschnitt
31 axial verlaufender Gehäuseelementabschnitt
32 erste Verbindungsstelle
33 zweite Verbindungsstelle
34 Lager
AW Abtriebswelle
R Rotationsachse Axialflussmaschine
Pfeil A Wirkrichtung der Magnetkraft
Pfeil AR Axialrichtung
Pfeil RR Radialrichtung

Claims

- 25 - Ansprüche
1 . Elektrische Axialflussmaschine (1 ) mit einem Stator (2), der zumindest eine Statorhälfte (3, 4) aufweist, mit einem in Axialrichtung zu der zumindest einen Statorhälfte (3, 4) angeordneten Rotor (5), der relativ zu dem Stator (2) drehbar gelagert ist, mit einer in drehfestem Kontakt mit dem Rotor (5) stehenden Rotorwelle (6) und mit zumindest einem Rotorlagesensor (7), der einen aktiven Sensorabschnitt (8) und einen passiven Sensorabschnitt (9) aufweist, wobei einer des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) direkt oder indirekt mit dem Stator (2) verbunden ist, und ein anderer des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) drehfest mit der Rotorwelle (6) verbunden ist, um eine Winkelstellung des Stators (2) relativ zu dem Rotor (5) zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialflussmaschine weiterhin ein Einstellelement (10) aufweist, das einen Axialabstand zwischen dem aktiven Sensorabschnitt (8) und dem passiven Sensorabschnitt (9) bestimmt.
2. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (2) selbst oder ein mit ihm gekoppeltes Bauteil einen ersten Halteabschnitt (11 ) aufweist, der den einen des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) aufnimmt, und der Rotor selbst oder ein mit ihm gekoppeltes Bauteil einen zweiten Halteabschnitt (12) aufweist, der den anderen des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) aufnimmt, und das Einstellelement (10) in Axialrichtung zwischen dem einen des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) und dem ersten Halteabschnitt (11 ) oder das Einstellelement (19) zwischen dem anderen des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) und dem zweiten Halteabschnitt (12) vorgesehen ist.
3. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Einstellelementes (10) so gewählt ist, dass der Axialabstand zwischen dem aktiven Sensorabschnitt (8) und dem passiven Sensorabschnitt (9) in einem vorbestimmten Sollbereich liegt.
4. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halteabschnitt integral mit dem Stator (2), insbesondere mit einem Statorgehäuse (13) des Stators (2), oder integral mit einem Axialflussmaschinengehäuse (19) oder integral mit einem separat von dem Stator (2) und von dem Axialflussmaschinengehäuse (19) ausgebildeten und mit dem Stator (2) oder dem Axialflussmaschinengehäuse (19) verbundenen Gehäuseelement (27) ausgebildet ist und der eine des aktiven Sensorabschnitts (8) und des passiven Sensorabschnitts (9) separat von dem ersten Halteabschnitt (11 ) ausgebildet ist.
5. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Halteabschnitt (12) integral mit dem Rotor (5) oder der Rotorwelle (6), insbesondere mit einer Wellenschulter der Rotorwelle (6), oder einem mit dem Rotor (5) oder der Rotorwelle (6) drehfest verbundenen Bauteil ausgebildet ist und der zweite Halteabschnitt (12) der passive Sensorabschnitt (9) ist oder der passive Sensorabschnitt (9) separat von dem zweiten Halteabschnitt (12) ausgebildet ist, der direkt mit dem Rotor (5) oder der Rotorwelle (6) verbunden ist oder drehfest mit dem Rotor (5) oder der Rotorwelle (6) gekoppelt ist.
6. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der separat von dem zweiten Halteabschnitt (12) ausgebildete passive Sensorabschnitt (9) in Form einer Hülse (9) ausgebildet ist, die einen radial verlaufenden Hülsenabschnitt (24) und einen axial verlaufenden Hülsenabschnitt (25) aufweist, wobei der axial verlaufende Hülsenabschnitt (25) in radialem Anlagekontakt mit einer korrespondierenden Gegenkontur am zweiten Halteabschnitt (12) ist.
7. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem axial verlaufenden Hülsenabschnitt (25) ein sich in Radialrichtung erstreckender Fortsatz (26) ausgebildet ist, der in eine dazu komplementär ausgebildete Nut an der Rotorwelle (6) eingreift.
8. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Sensorabschnitt (8) einen sich in Axialrichtung erstreckenden Vorsprung (16) aufweist, der an seinem freien Ende einen Fortsatz ausbildet, der in eine komplementär dazu ausgebildete Gegenkontur an dem ersten Halteabschnitt (11 ) hineinragt.
9. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem der erste Halteabschnitt (11 ) integral mit dem Axialflussmaschinengehäuse (19) ausgebildet ist, ein erster Axialflussmaschinengehäuseabschnitt (22) mit dem Stator (2), insbesondere mit dem Statorgehäuse (13), an einer ersten Verbindungsstelle (32) verbunden ist und ein zweiter Axialflussmaschinengehäuseabschnitt (23), der den ersten Halteabschnitt (11 ) ausbildet, mit dem ersten Axialflussmaschinengehäuseabschnitt (22) an einer zweiten Verbindungsstelle (33) verbunden ist und das Einstellelement (10) an der ersten Verbindungsstelle (32) oder zweiten Verbindungsstelle (33) angeordnet ist.
10. Elektrische Maschinenanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit der elektrischen Axialflussmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer Leistungselektronik und/oder einem Hochvoltspeicher.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102004014865A1 (de) 2004-03-26 2005-10-13 Ina-Schaeffler Kg Elektrischer Nockenwellerversteller mit Scheibenläufermotor
US7948141B2 (en) 2007-11-22 2011-05-24 Seiko Epson Corporation Electric motor device
TWI418116B (zh) * 2010-09-23 2013-12-01 Wheel motor
JP6688134B2 (ja) * 2016-04-01 2020-04-28 Ntn株式会社 インホイールモータ駆動装置
DE102018117315A1 (de) * 2018-07-18 2020-01-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Wälzlager und Lageranordnung mit diesem

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