EP4659330A1 - Rotor und elektrische maschine - Google Patents

Rotor und elektrische maschine

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Publication number
EP4659330A1
EP4659330A1 EP23837155.3A EP23837155A EP4659330A1 EP 4659330 A1 EP4659330 A1 EP 4659330A1 EP 23837155 A EP23837155 A EP 23837155A EP 4659330 A1 EP4659330 A1 EP 4659330A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
rotor body
toothing
teeth
leg
Prior art date
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Pending
Application number
EP23837155.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kessler
Alain Rusch
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 EP4659330A1 publication Critical patent/EP4659330A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K2213/09—Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators
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    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Definitions

  • the present invention relates to a rotor of an electric machine, in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle, wherein the rotor has at least a first rotor body with a first group of permanent magnets and a second rotor body with a second group of permanent magnets, wherein the first rotor body and the second rotor body can be rotated relative to one another against the effect of a first torsional stiffness about a common axis of rotation by means of a mechanical field weakening mechanism.
  • the invention further relates to an electric machine.
  • Electric motors are increasingly being used to power motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Considerable efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the same driving comfort they are used to.
  • An example of such an electrical machine with iron losses which can be used within the drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle, is the so-called permanent magnet synchronous machine. Due to its high power density compared to other machine types, it is preferably used in the field of electromobility, where the available installation space is often a limiting factor.
  • the excitation field of the machine is usually generated by permanent magnets arranged in the rotor of the machine. Slip ring contact, which is necessary in electrically excited synchronous machines in order to supply an excitation coil arranged on the rotor with power, can be dispensed with in the permanent magnet synchronous machine.
  • An effective method for reducing iron losses in electrical machines is the targeted weakening of the magnetic field between stator and rotor for operating points with high speeds, since the losses due to high-frequency remagnetization are reduced at a weaker magnetic field. are lower.
  • there are also mechanical approaches for targeted field weakening From the patents US58211710, FR2831345, EP1085644, EP11867030, DE1012011708670, DE1012016103470, CN104600929 and CN 105449969, a rotor of a radial flux machine is known which is divided perpendicular to the axis of rotation into several rotor disks equipped with permanent magnets and which can be rotated relative to one another.
  • the rotor Depending on the relative rotation between the rotor disks, the rotor provides the full magnetic field in a position with the magnetic poles aligned in the axial direction and a weakened magnetic field in a position rotated relative to it. Active or passive mechanisms are described which claim to be able to switch between these two positions depending on the rotor speed or torque and thus enable more efficient operation of the electric machine over the entire engine characteristic map.
  • DE 102021 101 898 describes an arrangement in which the rotor of a radial flow machine is divided into two partial rotors, the individual rotor disks of which alternate in the axial direction.
  • One partial rotor is connected to the rotor shaft directly, the other partial rotor is connected to the rotor shaft in a torque-transmitting manner via a torsional stiffness.
  • the torsional stiffness is selected in such a way that at low torque the partial rotors are in a torsional position with a weakened magnetic field and at high torque the partial rotors are in a torsional position with a full magnetic field.
  • DE 10 12021 101 904 claims a structurally designed mechanical module that can be introduced into the interior of the permanent magnet-equipped rotor disks, creates the described connections of the partial rotors to the rotor shaft and allows an adjustment characteristic to be defined via the torsional stiffness, which is implemented with springs and roller-equipped cam gears.
  • the adjustment characteristic of the mechanical field weakening over the engine map does not change undesirably or has too high a hysteresis.
  • the speed of today's traction machines in the automotive sector Due to centrifugal force, an undesirably high shift in the adjustment characteristic curve towards higher torques can be observed.
  • the increasing friction between components of a mechanical field weakening mechanism at high revolutions can also lead to excessive hysteresis in the adjustment characteristic curve.
  • the object of the present invention is to provide a rotor which provides improved mechanical field weakening, in particular at high speeds.
  • a rotor of an electric machine in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle, wherein the rotor has at least a first rotor body with a first group of permanent magnets and a second rotor body with a second group of permanent magnets, wherein the first rotor body and the second rotor body can be rotated relative to one another against the effect of a first torsional stiffness about a common axis of rotation by means of a mechanical field weakening mechanism, wherein the rotor bodies are each constructed in two parts, comprising an inner ring disk connected to a rotor shaft in a torque-transmitting manner and an outer ring disk coupled to the inner ring disk in a torque-transmitting manner, wherein the permanent magnets are arranged only in the outer ring disk formed from an electrical sheet.
  • the rotor bodies are constructed in two parts with an inner ring disk and an outer ring disk.
  • the inner ring disk begins - in relation to the magnetic pockets with the permanent magnets - radially far enough inside so that it is essentially outside the magnetic flux and does not have to be made of electrical steel. It can therefore be made of high-strength steel (hardened), for example, and in particular can also accommodate and support the components of the mechanical field weakening.
  • the connection between the inner ring disk and the outer ring disk can be positively connected, materially connected and/or force-connected.
  • the inner ring disk is preferably made of a material that differs from a rotor sheet.
  • the inner ring disk is also preferably made of a material that has a higher strength than the electrical sheet of the outer ring disk.
  • the electrical machine can be designed in particular as a rotary machine.
  • a radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the radial direction, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines in the air gap formed between the rotor and stator extend in the axial direction.
  • the electrical machine it is possible for the electrical machine to be configured as a radial flux machine or an axial flux machine.
  • a rotor is the rotating part of an electrical machine.
  • the rotor comprises in particular a rotor shaft and one or more rotor bodies arranged on the rotor shaft and made of rotor laminations.
  • the rotor shaft can be hollow, which on the one hand results in a weight saving and on the other hand allows the supply of lubricant or coolant to the rotor body.
  • a rotor body is understood to mean the rotor without a rotor shaft.
  • the rotor body is therefore composed in particular of a rotor laminated core and the permanent magnets introduced into the pockets of the rotor laminated core or fixed circumferentially to the rotor laminated core, as well as any axial cover parts present for closing the pockets.
  • the permanent magnets can preferably be introduced into the pockets of the rotor core.
  • a single larger rotor magnet designed as a bar magnet or several smaller rotor magnets designed as permanent magnet elements can be provided per pocket.
  • the rotor has a plurality of rotor bodies.
  • the rotor bodies are particularly preferably formed from essentially the same parts, in particular essentially identical. It is highly preferred that the rotor bodies are formed from identical parts, in particular essentially identical rotor laminations.
  • the rotor bodies are therefore particularly preferably formed from a rotor lamination stack, which is composed of a plurality of laminated individual laminations or rotor laminations, usually made from electrical sheet metal, which are layered and packaged one above the other to form a stack, the so-called rotor lamination stack.
  • the individual laminations can remain held together in the rotor lamination stack by gluing, welding, screwing or clinching.
  • a rotor lamination stack can in particular also have permanent magnets introduced into the pockets of the rotor lamination stack or fixed circumferentially to the rotor lamination stack.
  • Mechanical field weakening mechanisms are generally known from the prior art. Mechanical field weakening mechanisms that are particularly preferred in connection with this invention are described in the as yet unpublished DE102022106 944 and DE102022106945 as well as in the patent publications DE102021101904B3, DE102021101898A1 and DE102021101900A1 and are hereby added to the disclosure content of this application by reference.
  • the inner ring disk is made of steel, in particular hardened steel.
  • steel in particular hardened steel.
  • a (hardened) steel is also better able to withstand high temperatures and mechanical loads, which can further improve the reliability and service life of the electrical machine.
  • the high heat resistance of steel can also help to increase the thermal load capacity of the rotor and thus allow its use in applications with high temperatures.
  • the inner ring disk and the outer ring disk are positively connected to one another in a torque-transmitting manner.
  • a positive connection can also bring advantages in terms of assembly, since a positive connection is usually easier to produce in terms of assembly than, for example, welding the two ring disks. It is particularly preferred to make the positive connection free of play in the circumferential direction in order to avoid shock-like mechanical loads caused by play when the rotor is in operation.
  • the inner ring disc at its outer
  • the technical advantage of the inner ring disk of the rotor of an electrical machine having an external toothing on its outer surface that engages with a corresponding internal toothing on an inner surface of the outer ring disk is a particularly high connection rigidity and torque transmission efficiency. Advantages can also be achieved in relation to the thermal load capacity of the rotor, since the toothing can improve heat dissipation and thus increase the thermal load capacity of the rotor.
  • the external toothing and the internal toothing can be designed as spline teeth.
  • Spline teeth make it possible to simply plug the two ring disks together and separate them without having to loosen or unscrew the connection. This makes it easier to maintain and service the rotor and enables this work to be carried out more quickly and efficiently.
  • Spline teeth also make it possible to replace the rotor bodies more quickly and easily if they are damaged or defective.
  • the invention can also be further developed in such a way that a plurality of the teeth of the external toothing each have a first undercut and a plurality of the teeth of the internal toothing each have a second undercut, wherein the first undercut and the second undercut are designed such that a force can be transmitted in the radial direction between the meshing internal toothing and external toothing.
  • a toothing therefore has undercuts so that not only the torque can be transmitted from the electrical sheets of the outer ring disk to the inner ring disk, but also the radially directed centrifugal forces that act on the electrical sheets of the outer ring disk at high speeds are absorbed.
  • the majority of the teeth of the external toothing and/or the majority of the teeth of the internal toothing are shaped like a dovetail in cross section, which have proven to be particularly advantageous for the transmission of circumferential and radial forces.
  • the external toothing between two circumferentially adjacent teeth has a groove with a groove base, into which a tooth of the internal toothing engages with a tooth head, the tooth head having play relative to the groove base.
  • the radial play can be used to heat the inner ring disk before assembly to such an extent that the teeth have play all around when the outer ring disk is assembled, and the desired play-free contact only occurs when it cools down, for example on the slanted flanks of the teeth designed in a dovetail shape.
  • This also makes it possible to preload the outer ring disk radially inwards during assembly if a corresponding overlap is provided between the oblique flanks of the dovetail-shaped teeth of the external and internal gearing.
  • the external toothing and/or the internal toothing have a chamfer. This makes it easier to join or axially insert the ring disks into one another.
  • the invention can also be advantageously designed such that the permanent magnets are arranged in pairs in a V-shape over the are arranged distributed over the circumference of an outer ring disk, the free legs of the V-shaped arrangement extending radially inwards, and the V-shaped arrangement having a radially running mirror axis which runs coaxially to a radially running mirror axis of a tooth of the internal toothing or external toothing and/or the permanent magnets are arranged in cross-section in pairs in a V shape distributed over the circumference of an outer ring disk, the free legs of the V-shaped arrangement extending radially inwards, and a radially running mirror axis is defined between two V-shaped arrangements adjacent in the circumferential direction, which runs coaxially to a radially running mirror axis of a tooth of the internal toothing or external toothing. It has been shown that such an arrangement of toothing to permanent magnets can contribute to a particularly advantageous and high torsional strength of the connection between the inner and outer ring
  • an electrical machine comprising a stator and a rotor separated from the stator by an air gap, wherein the rotor is designed according to one of claims 1-10.
  • a first torsional stiffness which is designed as a first leg spring arrangement with a first leg spring, which is coaxial to the axis of rotation and can be positioned between the first rotor body and the second rotor body or between one of the rotor bodies and a rotor shaft, such that the rotation of one of the rotor bodies which occurs during the adjustment of the field weakening mechanism can cause an opening or closing actuation of the first leg spring, and the first leg spring has at least one first spring leg,
  • a first receiving shoe in which the first spring leg can be positioned and the receiving shoe can in turn be received in the first receiving pocket of the first rotor body and fixed to the first rotor body such that the first spring leg of the first leg spring can be coupled to the first rotor body in the axial and circumferential directions without play relative to the latter.
  • kit-of-parts offers a simple and flexible solution for the manufacture and assembly of a mechanical field weakening mechanism. By using pre-configured and pre-assembled parts, installation and maintenance can be carried out more easily and quickly.
  • the kit-of-parts is also more flexible and adaptable for different applications and vehicle types. It can also reduce costs as it enables a simplification of the supply chain and a reduction in inventory.
  • the kit-of-parts can, for example, be a packaging unit. It is also possible to design the kit-of-parts as a collection of separate storage containers for storing the individual components or the respective component groups of the kit-of-parts.
  • Figure 1 shows an electrical machine in a cross-sectional view
  • Figure 2 is a schematic block diagram of a rotor with a mechanical field weakening mechanism
  • Figure 3 shows a rotor in a cross-sectional view
  • Figure 4 shows a detailed view of the rotor in a cross-sectional view
  • Figure 5 shows a first embodiment of a leg spring arrangement with two rotor bodies in a perspective exploded view
  • Figure 6 shows a first embodiment of a leg spring arrangement with two rotor bodies in an assembled state in a perspective view
  • Figure 7 shows a rotor body with a leg spring arrangement on it in a detailed enlarged section
  • Figure 8 shows a kit-of-parts in a schematic representation.
  • Figure 1 shows an electric machine 1, in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle.
  • the electric machine 1 configured as a radial flux machine, comprises a stator 2 and a rotor 4 separated from the stator 2 by an air gap 3, wherein the rotor 4 has at least a first rotor body 5 with a first group of permanent magnets 6 and a second rotor body 7 with a second group of permanent magnets 8, which can be clearly understood from the combination of Figure 1 with Figure 2.
  • the first rotor body 5 and the second rotor body 7 can be rotated relative to one another against the effect of a first torsional stiffness 9 about a common axis of rotation 10 by means of a mechanical field weakening mechanism 11.
  • the two rotor bodies 5, 7 are essentially formed from identical rotor laminations, wherein the position and the number of the permanent magnets 6 of the first group and the number of the permanent magnets 8 of the second group in the rotor bodies 5, 7 are identical.
  • the field weakening mechanism 11 shown as an example in Figure 2 comprises a lever element (not specified in more detail) that can be pivoted about a pivot point, wherein the first rotor body 5 can be coupled to a first lever section and the second rotor body 7 to a second lever section of the lever element.
  • the first lever section and the second lever section are arranged on opposite sides of the lever, so that the first rotor body 5 and the second rotor body 7 can be rotated relative to one another in a targeted manner by tilting the lever element for a desired adjustment of the mechanical field weakening mechanism 1 1.
  • This field weakening mechanism 1 1 is described in detail in DE102022106944 and DE102022106945, so that reference is made here to this document to avoid repetition.
  • the rotor bodies 5, 7 are each constructed in two parts, comprising an inner ring disk 28 connected to a rotor shaft 16 in a torque-transmitting manner and an outer ring disk 29 coupled to the inner ring disk 28 in a torque-transmitting manner, wherein the permanent magnets 6, 8 are arranged only in the outer ring disk 29 formed from an electrical sheet.
  • the inner ring disk 28 is made of a steel, in particular a hardened steel.
  • Figure 3 shows an embodiment in which the inner ring disk 28 and the outer ring disk 29 are positively connected to one another in a torque-transmitting manner.
  • the inner ring disk 28 has an external toothing 51 on its outer surface 50, which engages in a corresponding internal toothing 52 on an inner surface 53 of the outer ring disk 29.
  • the external toothing 51 and the internal toothing 52 are designed as plug-in toothing in this embodiment. To make it easier to join this plug-in toothing, the external toothing 51 and/or the internal toothing 52 can have a chamfer.
  • the teeth 54 of the external toothing 51 each have a first undercut 55.
  • the teeth 56 of the internal toothing 52 also have a second undercut 57, whereby the first undercut 55 and the second undercut 57 are designed such that a force can be transmitted in the radial direction between the meshing internal gearing 52 and external gearing 51.
  • the teeth 54 of the external gearing 51 and the teeth 56 of the internal gearing 52 are dovetail-shaped in cross-section.
  • the two ring disks 28,29 only touch on the oblique flanks of the dovetail-shaped teeth 54,56. The high accuracy of the tooth shape for a positive connection is thus limited to the oblique flanks.
  • larger radii can be used in the tooth base of the ring disks 28,29. This reduces the local stresses and enables faster, more cost-effective production of the gears 51,52, e.g. by selecting a milling cutter with a larger diameter.
  • the undercut 55,57 is thus created by the oblique lateral flanks of the teeth 54,56. With this shape, the openings of the tooth gaps in the ring disks 28,29 are wider, which enables simpler and more cost-effective production of the gearing, e.g. by broaching, shaping or milling.
  • the external toothing 51 also has a groove 58 with a groove base 59 between two circumferentially adjacent teeth 54, into which a tooth 56 of the internal toothing 52 engages with a tooth head 60, the tooth head 60 having a clearance relative to the groove base 59, which can be clearly seen from the gap shown in Figure 4.
  • an overlap can be deliberately provided in the tooth flanks of the meshing teeth 54, 56, which leads to a pre-stress of the inner ring disk 28 with the outer ring disk 29 inwards during assembly and thus further reduces the stresses in the ring disks 28, 29 under rotational speed.
  • the permanent magnets 6, 8 are arranged in pairs in a V-shape in cross-section distributed over the circumference of an outer ring disk 29, wherein the free legs 61 of the V-shaped arrangement extend radially inwards, and the V-shaped arrangement has a radially extending mirror axis 62 which runs coaxially to a radially extending mirror axis 63 of a tooth 54, 56 of the internal toothing 52 or external toothing 51.
  • a radially extending mirror axis 64 is defined, which extends coaxially to a radially extending mirror axis 65 of a tooth 56 of the internal toothing 52 or external toothing 51.
  • the first rotor body 5 and the second rotor body 7 can be rotated relative to one another against the effect of a first torsional stiffness 9 about a common axis of rotation 10 by means of a mechanical field weakening mechanism 11.
  • the first torsional stiffness 9 is designed as a first leg spring arrangement 12 with a first leg spring 13, which is coaxial with the axis of rotation 10 and is arranged between the first rotor body 5 and the second rotor body 7 in such a way that the rotation of one of the rotor bodies 5, 7 that begins when the field weakening mechanism 11 is adjusted causes the first leg spring 13 to open or close. Even if it is not shown in the figures, it is still possible for the first leg spring 13 to be arranged between one of the rotor bodies 5, 7 and the rotor shaft 16 in a torque-transmitting manner.
  • the first leg spring arrangement 12 has a second leg spring 14, which is arranged coaxially to the axis of rotation 10 of the rotor 4 and between the first rotor body 5 and the second rotor body 7 in such a way that the rotation of one of the rotor bodies 5, 7 that occurs when the field weakening mechanism 11 is adjusted causes the second leg spring 14 to open or close.
  • the first leg spring 13 and the second leg spring 14 are essentially made of the same parts and are arranged rotated relative to one another about the axis of rotation 10, so that the first spring leg 17 and the second spring leg 18 of the first leg spring 13 point radially outwards, offset by 90° in the circumferential direction, and the first spring leg 19 and the second spring leg 20 of the second leg spring 14 are also oriented radially outwards, offset by 90° in the circumferential direction.
  • first leg spring 13 has a first spring leg 17 extending radially into the first rotor body 5 and a second spring leg 18 extending radially into the second rotor body 7.
  • second leg spring 14 also has a first spring leg 19 extending radially into the first rotor body 5 and a second spring leg 20 extending radially into the second rotor body 7.
  • the first spring leg 17 of the first leg spring 13 is held in a first receiving shoe 30, which in turn is received in a first receiving pocket 31 of the first rotor body 5 and is fixed to the first rotor body 5 in such a way that the first spring leg 17 of the first leg spring 13 is coupled to the first rotor body 5 without play in the axial and circumferential directions.
  • the first receiving shoe 30 can be inserted into the first receiving pocket 31 with play.
  • Figure 5 also shows that the first receiving shoe 30 has a first receiving groove 32 in which the first spring leg 17 of the first leg spring 13 is arranged without play, for example by means of a press fit.
  • the first spring leg 17 of the first leg spring 13 protrudes from the first receiving groove 32, with the section 33 protruding from the first receiving groove 32 resting against a wall 34 of the first receiving pocket 31, which can also be clearly seen when viewed together with Figure 7.
  • the wall 34 of the first receiving pocket 31 has a convex contour protruding into the first receiving pocket 31, which can also be clearly seen from the detailed illustration in Figure 7.
  • Figure 5 further shows that the first receiving shoe 30 has a first opening 35 through which a first fastening means 36 passes, by means of which the first receiving shoe 30 is fixed to the first rotor body 5.
  • Figure 5 also shows that the second spring leg 18 of the first leg spring 13 is held in a second receiving shoe 37, which in turn is received in a second receiving pocket 38 of the second rotor body 7 and is fixed to the first rotor body 7 in such a way that the second spring leg 18 of the first leg spring 13 is coupled to the second rotor body 7 without play in the axial and circumferential directions relative to the latter.
  • the first spring leg 19 of the second leg spring 14 is also held in an analogous manner in a third receiving shoe 39, which in turn is received in a third receiving pocket of the first rotor body 5 and is fixed to the first rotor body 5 in such a way that the first spring leg 19 of the second leg spring 14 is coupled to the first rotor body 5 without play in the axial and circumferential directions relative to the latter.
  • the second spring leg 20 of the second leg spring 14 is also held in a fourth receiving shoe 41, which in turn is received in a fourth receiving pocket 42 of the second rotor body 7 and is fixed to the second rotor body 7 in such a way that the second spring leg 20 of the second leg spring 14 is coupled to the second rotor body 7 without play in the axial and circumferential directions relative to the latter.
  • first receiving shoe 30, the second receiving shoe 37, the third receiving shoe 39 and the fourth receiving shoe 41 are of identical design.
  • receiving shoes 30,37,39,41 elements are arranged between the spring legs 17,18,19,20 and the rotor bodies 5, which can be adjusted and fixed in their position within a receiving pocket 31,38,42.
  • the receiving shoes 30,37,39,41 are pressed onto the spring legs 17,18,19,20, for example by a corresponding excess so that they are fixed to one another without play.
  • the spring legs 17,18,19,20 with the pre-assembled receiving shoes 30,37,39,41 can be positioned in the rotor bodies 5,7 using an assembly tool (not shown).
  • the location or position of the receiving shoes 30,37,39,41 in the receiving pockets 31,38,42 can be adjusted.
  • the receiving shoes 30,37,39,41 then positioned in the receiving pockets 31,38,42 can then be fixed using the fastening means 36. These are shown as screws in the figures. However, they can also be designed as rivets or the fastening element 36 can be a soldering or welding point.
  • Figure 6 shows the arrangement known from Figure 5 in an assembled state.
  • Figure 8 shows a kit-of-parts 43 for producing a mechanical field weakening mechanism 11 for a rotor 4 of an electric machine 1, in particular for use within a drive train of a hybrid or fully electric motor vehicle, comprising
  • the kit of parts 43 can provide a receiving shoe 30,37,39,41 for all spring legs 17, 18, 19,20 of the leg spring arrangement 12, wherein these receiving shoes 30,37,39,41 are essentially identical.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (4) einer elektrischen Maschine (1 ), insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei der Rotor (4) wenigstens einen ersten Rotorkörper (5) mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten (6) und einen zweiten Rotorkörper (7) mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten (8) aufweist, wobei der erste Rotorkörper (5) und der zweite Rotorkörper (7) relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit (9) um eine gemeinsame Drehachse (10) mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus (11 ) verdrehbar sind, wobei die Rotorkörper (5,7) jeweils zweiteilig aufgebaut sind, umfassend eine mit einer Rotorwelle (16) drehmomentübertragend verbundenen inneren Ringscheibe (28) und einer drehmomentübertragend mit der inneren Ringscheibe (28) gekoppelten äußeren Ringscheibe (29), wobei die Permanentmagnete (6,8) lediglich in der aus einem Elektroblech geformten äußeren Ringscheibe (29) angeordnet sind.

Description

Rotor und elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybridöder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei der Rotor wenigstens einen ersten Rotorkörper mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten und einen zweiten Rotorkörper mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten aufweist, wobei der erste Rotorkörper und der zweite Rotorkörper relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit um eine gemeinsame Drehachse mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus verdrehbar sind. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Elektrische Maschinen unterliegen bei ihrem Betrieb Verlusten durch Ummagnetisierungen, die als Eisenverluste zusammengefasst werden und den Maschinenwirkungsgrad herabsetzen. In mobilen Anwendungen bedeutet ein niedriger Wirkungsgrad der elektrischen Maschine eine geringere Reichweite des Fahrzeugs bzw. erhöhten Bedarf an Batteriekapazität. Es ist daher vor allem in mobilen Anwendungen mit rein elektrischem Antrieb ein ständiges Ziel, die beschriebenen Eisenverluste zu minimieren.
Beispielhaft für eine derartige, Eisenverluste aufweisende elektrische Maschine, wie sie innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs verwendet werden kann, ist die sogenannte permanenterregte Synchronmaschine. Aufgrund ihrer im Vergleich zu anderen Maschinentypen hohen Leistungsdichte wird sie bevorzugt gerade im Bereich der Elektromobilität verwendet, wo der zur Verfügung stehende Bauraum häufige eine limitierende Größe darstellt. Das Erregerfeld der Maschine wird in der Regel von Permanentmagneten erzeugt, die im Rotor der Maschine angeordnet sind. Auf eine Schleifringkontaktierung, die bei elektrisch erregten Synchronmaschinen notwendig ist, um eine am Rotor angeordnete Erregerspule mit Strom zu versorgen, kann bei der permanenterregten Synchronmaschine verzichtet werden.
Ein Nachteil der Permanenterregung besteht jedoch darin, dass das Erregerfeld nicht ohne Weiteres modifiziert werden kann. Grundsätzlich kann eine Synchronmaschine über ihre Nenndrehzahl hinaus betrieben werden, indem der sogenannte Feldschwächbereich angesteuert wird. In diesem Bereich wird die Maschine mit der maximalen Nennleistung betrieben, wobei mit zunehmender Drehzahl das von der Maschine abgegebene Drehmoment reduziert wird. Elektrisch erregte Synchronmaschinen können sehr einfach im Feldschwächbereich betrieben werden, indem der Erregerstrom reduziert wird. Zwar sind auch bei permanenterregten Maschinen Möglichkeiten bekannt, über eine geeignete Bestromung des Ständers der Maschine eine Luftspaltfeldkomponente zu erzeugen, die dem von den Permanentmagneten erzeugten Erregerfeld entgegenwirkt und dieses somit schwächt. Jedoch bewirkt eine derartige Ansteuerung der Maschine erhöhte Verluste, sodass die Maschine in diesem Bereich nur mit einem reduzierten Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Eine wirksame Methode zur Reduktion der Eisenverluste von elektrischen Maschinen besteht in der gezielten Schwächung des magnetischen Feldes zwischen Stator und Rotor für Betriebspunkte mit hohen Drehzahlen, da die Verluste durch hochfrequente Ummagnetisierungen bei schwächerem Magnetfeld geringer sind. Für eine gezielte Feldschwächung existieren neben elektrischen, auch mechanische Ansätze. Aus den Patentschriften US58211710, FR2831345, EP1085644, EP11867030, DE1012011708670, DE1012016103470, CN104600929 und CN 105449969 ist ein senkrecht zur Rotationsachse in mehrere permanentmagnetbestückte, zueinander verdrehbare Rotorscheiben aufgeteilter Rotor einer Radialflussmaschine bekannt, der abhängig von der Relativverdrehung zwischen den Rotorscheiben in einer Stellung mit in axialer Richtung ausgerichteten Magnetpolen das volle Magnetfeld und in einer dazu verdrehten Stellung ein geschwächtes Magnetfeld zur Verfügung stellt. Es sind aktive oder passive Mechanismen beschrieben, die vorgeben, abhängig von Rotordrehzahl oder Moment ein Umschalten zwischen diesen beiden Stellungen bewirken zu können und damit über das gesamte Motorkennfeld betrachtet einen effizienteren Betrieb der elektrischen Maschine zu ermöglichen.
In der DE 102021 101 898 ist eine Anordnung beschrieben, in der der Rotor einer Radialflussmaschine in zwei Teilrotoren aufgeteilt ist, deren einzelne Rotorscheiben sich in axialer Richtung abwechseln. Ein Teilrotor ist hierbei direkt, der andere Teilrotor über eine Verdrehsteifigkeit verdrehbar momentübertragend mit der Rotorwelle verbunden. Die Verdrehsteifigkeit ist hierbei so gewählt, dass bei niedrigem Moment eine Verdrehlage der Teilrotoren mit geschwächtem und bei hohem Moment eine Verdrehlage der Teilrotoren mit vollem Magnetfeld herrscht. Die DE 10 12021 101 904 beansprucht ein konstruktiv ausgeführtes mechanisches Modul, das in das Innere der permanentmagnetbestückten Rotorscheiben eingebracht werden kann, die beschriebenen Verbindungen der Teilrotoren zur Rotorwelle herstellt und über die Verdrehsteifigkeit, die mit Federn und rollenbestückten Kurvengetrieben ausgeführt ist, eine Verstellkennlinie definieren lässt.
Alle zuvor genannten passiven Lösungen, die ein Moment als Sensorgröße verwenden, um eine Relativverdrehung zwischen zwei Teilrotoren gegen eine Verdrehsteifigkeit auszulösen, gehen davon aus, dass sich das durch die Statorbestrom ung insgesamt erzeugte elektromagnetische Moment im Fall der initial feldgeschwächten Stellung bei nicht ausgerichteten Magnetpolen in einfacher Weise auf die beiden Teilrotoren aufteilt, etwa entsprechend ihres Anteils an der Gesamtlänge und entsprechend ihrer jeweiligen Phasenlage zum Statorfeld, unabhängig von der Gegenwart des jeweils anderen Teilrotors. Nur dann nämlich könnte ein dem Gesamtmoment proportionales Teilmoment ohne weiteres gegen eine Verdrehsteifigkeit zwischen den Teilrotoren oder einem der Teilrotoren und der Rotorwelle gerichtet werden und die mit steigendem Moment gewünschte Verdrehung in die Stellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen bewirken. Versuche und Modellierungen der Anmelderin haben jedoch gezeigt, dass die tatsächlichen Verhältnisse weit komplizierter sind.
Bereits im unbestromten Fall gibt es Wechselwirkungen zwischen den Rotorscheiben der beiden Teilrotoren in Gestalt magnetischer Abstoßmomente. Die Stellung mit vollem Magnetfeld bei ausgerichteten Magnetpolen stellt ein labiles Gleichgewicht mit verschwindendem Abstoßmoment dar. Mit beginnender Verdrehung aus dieser Gleichgewichtslage kommt ein Abstoßmoment auf, das mit zunehmender Verdrehung wächst, bis es ein Maximum erreicht, um dann bei weiterer Verdrehung wieder abzunehmen. Der Verlauf des Abstoßmoments über den Verdrehwinkel innerhalb einer elektrischen Periode, die Höhe des Maximums und der Verdrehwinkel, bei dem es auftritt, hängen stark von der gewählten Art der Anordnung der Permanentmagnete innerhalb der Rotorscheiben ab. Nichtlinear ist der Verlauf über eine elektrische Periode betrachtet grundsätzlich.
Im Fall der angestrebten effizienten Statorbestrom ung für verschiedene Drehzahlen erhöhen sich diese magnetischen Abstoßmomente drehzahlabhängig in unterschiedlicher Weise zum Teil um ein Vielfaches. Insgesamt resultieren Teilmomente, die in keinem Fall geeignet sind, ohne weiteres gegen eine Verdrehsteifigkeit zwischen den Teilrotoren oder einem der Teilrotoren und der Rotorwelle gerichtet zu werden, um eine Verdrehung der Teilrotoren in die Stellung mit vollem Magnetfeld zu bewirken, da sie wegen des hohen Anteils der magnetischen Abstoßmomente hierfür nicht in die richtige Richtung weisen.
Für ein zuverlässiges Verstellverhalten ist es unter anderem erforderlich, dass die Verstellkennlinie der mechanischen Feldschwächung über dem Motorkennfeld sich weder unerwünscht ändert noch eine zu hohe Hysterese aufweist. Bei den Drehzahlen heutiger Traktionsmaschinen im automobilen Bereich kann jedoch durch Fliehkraftwirkung eine unerwünscht hohe Verschiebung der Verstellkennlinie hin zu höheren Momenten beobachtet werden. Auch die bei hohen Umdrehungen zunehmende Reibung zwischen Bauelementen eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus kann ferner zu einer zu hohen Hysterese in der Verstellkennlinie führen.
Um den, für einen derartigen mechanischen Feldschwächungsmechanismus benötigen Bauraum zwischen der Rotorwelle und dem Außenring des Rotors, in dem sich die Taschen für die Permanentmagnete befinden, bereit zu stellen, werden in der Regel entsprechende Aussparungen in den Elektroblechen des Rotors vorgesehen. Diese Aussparungen schwächen jedoch den verbleibenden Querschnitt und reduzieren somit die Drehzahlfestigkeit der Rotorscheiben. Dies führt zu einer unerwünschten Reduktion der Leistungsdichte des Elektromotors.
Um eine funktionsfähige Anordnung im Sinne der zuvor genannten passiven Lösungen zur momentadaptiven Feldschwächung des Rotors einer elektrischen Maschine darzustellen, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Rotor bereitzustellen, der insbesondere bei hohen Drehzahlen eine verbesserte mechanische Feldschwächung bereitstellt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybridöder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei der Rotor wenigstens einen ersten Rotorkörper mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten und einen zweiten Rotorkörper mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten aufweist, wobei der erste Rotorkörper und der zweite Rotorkörper relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit um eine gemeinsame Drehachse mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus verdrehbar sind, wobei die Rotorkörper jeweils zweiteilig aufgebaut sind, umfassend eine mit einer Rotorwelle drehmomentübertragend verbundenen inneren Ringscheibe und einer drehmomentübertragend mit der inneren Ringscheibe gekoppelten äußeren Ringscheibe wobei die Permanentmagnete lediglich in der aus einem Elektroblech geformten äußeren Ringscheibe angeordnet sind. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine elektrische Maschine mit einer rein mechanischen Feldschwächungsvorrichtung realisiert werden kann, welche die zu einer bedarfsgerechten Feldschwächung erforderlichen Stellungen von Permanentmagneten innerhalb des Rotors in Abhängigkeit von den Betriebszuständen Drehmoment und Drehzahl zuverlässig und kostengünstig einstellt. Grundsätzlich vermeidet die Erfindung somit auch die Notwendigkeit einer von außen auf oder in den Rotor eingreifenden Aktorik.
Erfindungsgemäß sind die Rotorkörper zweiteilig aufgebaut mit einer inneren Ringscheibe und einer äußeren Ringscheibe. Die innere Ringscheibe beginnt - bezogen auf die Magnettaschen mit den Permanentmagneten - radial weit genug innen, so dass sie sich im Wesentlichen außerhalb des Magnetflusses befindet und nicht aus Elektroblechen gefertigt werden muss. Daher kann sie beispielsweise aus hochfestem Stahl (gehärtet) ausgeführt werden und insbesondere auch die Bauelemente der mechanischen Feldschwächung aufnehmen und abstützen.
Die Verbindung zwischen der inneren Ringscheibe und der äußeren Ringscheibe kann formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen. Bevorzugt ist die innere Ringscheibe aus einem von einem Rotorblech abweichenden Material geformt. Weiter bevorzugt ist die innere Ringscheibe aus einem Material geformt, dass eine höhere Festigkeit aufweist als das Elektroblech der äußeren Ringscheibe.
Die elektrische Maschine kann insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Es ist im Zusammenhang mit dieser Erfindung möglich, dass die elektrische Maschine als Radialflussmaschine oder Axialflussmaschine konfiguriert ist. Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehtest auf der Rotorwelle angeordnete, aus Rotorblechpaketen gebildete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt.
Unter einem Rotorkörper wird im Sinne der Erfindung der Rotor ohne Rotorwelle verstanden. Der Rotorkörper setzt sich demnach insbesondere zusammen aus einem Rotorblechpaket sowie den in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachten oder den umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierten Permanentmagneten sowie ggf. vorhandenen axialen Deckelteilen zum Verschließen der der Taschen.
Die Permanentmagnete können bevorzugt in die Taschen des Rotorblechpakets eingebracht sein. Dabei kann pro Tasche ein einziger größerer, als Stabmagnet ausgebildeter Rotormagnet oder mehrere kleinere Permanentmagnetelemente ausgebildete Rotormagnete vorgesehen werden.
Der Rotor weist eine Mehrzahl von Rotorkörpern auf. Besonders bevorzugt sind die Rotorkörper im Wesentlichen gleichteilig, insbesondere im Wesentlichen identisch, ausgebildet. Höchst bevorzugt ist es, dass die Rotorkörper aus gleichteiligen, insbesondere im Wesentlichen identischen Rotorblechen gebildet sind. Die Rotorkörper sind also insbesondere bevorzugt aus einem Rotorblechpaket gebildet, welche aus einer Mehrzahl von in der Regel aus Elektroblech hergestellten laminierten Einzelblechen bzw. Rotorblechen zusammengesetzt sind, die übereinander zu einem Stapel, dem sog. Rotorblechpaket geschichtet und paketiert sind. Die Einzelbleche können in dem Rotorblechpaket durch Verklebung, Verschweißung, Verschraubung oder Clinchen zusammengehalten bleiben. Ein Rotorblechpaket kann insbesondere auch in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachte oder umfänglich an dem Rotorblechpaket fixierte Permanentmagnete aufweisen. Mechanische Feldschwächungsmechanismen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung besonders bevorzugte mechanische Feldschwächungsmechanismen sind in der noch nicht veröffentlichten DE102022106 944 und DE102022106945 sowie in den Patentpublikationen der DE102021101904B3, der DE102021101898A1 und der DE102021101900A1 beschrieben und werden hiermit durch Bezugnahme dem Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung hinzugefügt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die innere Ringscheibe aus einem Stahl, insbesondere einem gehärteten Stahl, gefertigt ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Verwendung eines Stahls zu einer höheren Drehzahlbelastbarkeit des Rotors und einer längeren Lebensdauer der elektrischen Maschine beitragen kann. Ein (gehärteter) Stahl ist auch besser in der Lage, hohe Temperaturen und mechanische Belastungen zu widerstehen, was die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der elektrischen Maschine weiter verbessern kann. Die hohe Wärmebeständigkeit von Stahl kann ebenfalls dazu beitragen, die thermische Belastbarkeit des Rotors zu erhöhen und somit dessen Einsatz in Anwendungen mit hohen Temperaturen zu erlauben.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die innere Ringscheibe und die äußere Ringscheibe formschlüssig miteinander drehmomentübertragend verbunden sind. Es kann hierdurch erreicht werden, dass eine Verbindungsmethode verwendet wird, die in der Regel stabiler und widerstandsfähiger gegenüber Verschleiß und Vibrationen im Vergleich zu anderen Verbindungsmethoden sein kann, was die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Rotors erhöht. Auch kann eine Formschlüssige Verbindung montagetechnische Vorteile mit sich bringen, da ein Formschluss üblicherweise einfacher montagetechnisch herstellbar ist, als beispielsweise ein Verschweißen der beiden Ringscheiben. Besonders bevorzugt ist es, die formschlüssige Verbindung in Umfangsrichtung spielfrei auszuführen, um spielbedingte stoßartige mechanische Belastungen im Betrieb des Rotors zu vermeiden.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die innere Ringscheibe an ihrer äußeren Mantelfläche eine Außenverzahnung aufweist, die in eine korrespondierende Innenverzahnung an einer inneren Mantelfläche der äußeren Ringscheibe eingreift. Der technische Vorteil, wenn die innere Ringscheibe des Rotors einer elektrischen Maschine an ihrer äußeren Mantelfläche eine Außenverzahnung aufweist, die in eine korrespondierende Innenverzahnung an einer inneren Mantelfläche der äußeren Ringscheibe eingreift, besteht in einer besonders hohen Verbindungssteifigkeit und der Übertragungseffizienz des Drehmoments. Es können auch Vorteile in Bezug auf die thermische Belastbarkeit des Rotors realisierbar sein, da die Verzahnung die Wärmeableitung verbessern und dadurch die thermische Belastbarkeit des Rotors erhöhen kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Außenverzahnung und die Innenverzahnung als Steckverzahnung ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass eine besonders einfache Montage und Demontage der Ringscheiben erfolgen kann. Eine Steckverzahnung ermöglicht es, die beiden Ringscheiben einfach zusammenzustecken und zu trennen, ohne dass es notwendig ist, die Verbindung zu lösen oder zu schrauben. Dies erleichtert die Wartung und Instandhaltung des Rotors und ermöglicht eine schnellere und effizientere Durchführung dieser Arbeiten. Eine Steckverzahnung ermöglicht auch eine schnellere und einfachere Austauschbarkeit der Rotorkörper, wenn diese beschädigt oder defekt sind.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass eine Mehrzahl der Zähne der Außenverzahnung jeweils einen ersten Hinterschnitt aufweisen sowie eine Mehrzahl der Zähne der Innenverzahnung jeweils einen zweiten Hinterschnitt aufweisen, wobei der erste Hinterschnitt und der zweite Hinterschnitt so ausgebildet sind, dass zwischen der im Eingriff stehenden Innenverzahnung und Außenverzahnung eine Kraft in radialer Richtung übertragbar ist. Eine derartige Verzahnung weist also Hinterschnitte auf, so dass nicht nur das Drehmoment von den Elektroblechen der äußeren Ringscheibe auf die innere Ringscheibe übertragen werden kann, sondern auch die radial gerichteten Fliehkräfte, die bei hohen Drehzahlen auf die Elektrobleche der äußeren Ringscheibe wirken, aufgenommen werden. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Mehrzahl der Zähne der Außenverzahnung und/oder die Mehrzahl der Zähne der Innenverzahnung im Querschnitt schwalbenschwanzartig ausgeformt sind, welche sich zu Übertragung von umfänglichen wie radialen Kräften als besonders vorteilhaft erwiesen haben.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Außenverzahnung zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen jeweils eine Nut mit einem Nutgrund aufweist, in welche ein Zahn der Innenverzahnung mit einem Zahnkopf eingreift, wobei der Zahnkopf gegenüber dem Nutgrund spielbehaftet ist. Dadurch wird unter anderem erreicht, dass sich die beiden Ringscheiben nur auf den schrägen Flanken der beispielsweise in Schwalbenschwanzform ausgeführten Zähne berühren. Die hohe Genauigkeit der Zahnform für eine formschlüssige Verbindung ist damit auf die schrägen Flanken beschränkt. Außerdem kann das radiale Spiel benutzt werden, um die innere Ringscheibe vor der Montage so weit aufzuheizen, dass die Zähne bei der Montage der äußeren Ringscheibe ringsum spielbehaftet sind und erst beim Abkühlen der gewünschte spielfreie Kontakt beispielsweise an den schrägen Flanken der in Schwalbenschwanzform ausgeführten Zähne entsteht. Damit ist es auch möglich, die äußere Ringscheibe bei der Montage radial nach innen vorzuspannen, wenn eine entsprechende Überlappung zwischen den schrägen Flanken der in Schwalbenschwanzform ausgeführten Zähne der Außen- und Innenverzahnung vorgesehen wird.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Außenverzahnung und/oder die Innenverzahnung eine Fase aufweisen. Hierdurch kann ein vereinfachtes Fügen bzw. axiales Einschieben der Ringscheiben ineinander erreicht werden.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Permanentmagnete im Querschnitt paarweise V-förmig über den Umfang einer äußeren Ringscheibe verteilt angeordnet sind, wobei sich die freien Schenkel der V-förmigen Anordnung radial nach innen erstrecken, und die V- förmige Anordnung eine radial verlaufende Spiegelachse aufweist, welche koaxial zu einer radial verlaufenden Spiegelachse eines Zahns der Innenverzahnung oder Außenverzahnung verläuft und/oder die Permanentmagnete im Querschnitt paarweise V-förmig über den Umfang einer äußeren Ringscheibe verteilt angeordnet sind, wobei sich die freien Schenkel der V-förmigen Anordnung radial nach innen erstrecken, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten V- förmigen Anordnungen eine radial verlaufende Spiegelachse definiert ist, welche koaxial zu einer radial verlaufenden Spiegelachse eines Zahns der Innenverzahnung oder Außenverzahnung verläuft. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung von Verzahnung zu Permanentmagneten zu einer besonders vorteilhaften und hohen Drehfestigkeit der Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Ringscheibe beitragen kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen durch einen Luftspalt vom Stator getrennten Rotor, wobei der Rotor nach einem der Ansprüche 1- 10 ausgeführt ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Kit-of-parts zur Herstellung eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend
• einen ersten Rotorkörper mit einer ersten Aufnahmetasche und einen zweiten Rotorkörper, wobei der erste Rotorkörper und der zweite Rotorkörper relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit um eine gemeinsame Drehachse verdrehbar sind,
• eine erste Verdrehsteifigkeit, welche als eine erste Schenkelfederanordnung mit einer ersten Schenkelfeder ausgebildet ist, welche koaxial zur Drehachse und so zwischen dem ersten Rotorkörper und dem zweiten Rotorkörper oder zwischen einem der Rotorkörper und einer Rotorwelle positionierbar ist, dass die bei der Verstellung des Feldschwächungsmechanismus einsetzende Verdrehung eines der Rotorkörper eine öffnende oder schließende Betätigung der ersten Schenkelfeder bewirkbar ist, und die erste Schenkelfeder wenigstens einen ersten Federschenkel aufweist,
• einen ersten Aufnahmeschuh, in welchem der erste Federschenkel positionierbar ist und der Aufnahmeschuh seinerseits so in der ersten Aufnahmetasche des ersten Rotorkörpers aufnehmbar und an dem ersten Rotorkörper fixierbar ist, dass der erste Federschenkel der ersten Schenkelfeder in axialer, wie in umfänglicher Richtung spielfrei gegenüber dem ersten Rotorkörper mit diesem koppelbar ist.
Ein Vorteil des Kit-of-Parts besteht darin, dass es eine einfache und flexible Lösung für die Herstellung und Montage eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus bietet. Durch die Verwendung von vorkonfigurierten und vorkomponierten Teilen kann die Installation und Wartung einfacher und schneller durchgeführt werden. Das Kit-of-parts ist auch flexibler und anpassungsfähiger für unterschiedliche Anwendungen und Kraftfahrzeugtypen. Es kann auch die Kosten senken, da es eine Vereinfachung der Lieferkette und eine Senkung der Lagerbestände ermöglicht. Das Kit-of-parts kann beispielsweise eine Verpackungseinheit sein. Ferner ist es möglich, das Kit-of-parts als eine Zusammenstellung von separaten Vorratsbehältnissen zur Bevorratung der einzelnen Bauteile bzw. der jeweiligen Bauteilgruppen des Kit-of-parts auszubilden
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 eine elektrische Maschine in einer Querschnittsansicht,
Figur 2 eine schematische Blockschaltansicht eines Rotors mit einem mechanischen Feldschwächungsmechanismus, Figur 3 einen Rotor in einer Querschnittsansicht,
Figur 4 eine Detailansicht des Rotors in einer Querschnittsdarstellung,
Figur 5 eine erste Ausführungsform einer Schenkelfederanordnung mit zwei Rotorkörpern in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,
Figur 6 eine erste Ausführungsform einer Schenkelfederanordnung mit zwei Rotorkörpern in einem zusammengebauten Montagezustand in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 7 einen Rotorkörper mit einer an ihm Schenkelfederanordnung in einer Detailausschnittsvergrößerung,
Figur 8 ein Kit-of-parts in einer schematischen Darstellung.
Die Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 , insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Die als Radialflussmaschine konfigurierte elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2 und einen durch einen Luftspalt 3 vom Stator 2 getrennten Rotor 4, wobei der Rotor 4 wenigstens einen ersten Rotorkörper 5 mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten 6 und einen zweiten Rotorkörper 7 mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten 8 aufweist, was sich gut aus der Zusammenschau von Figur 1 mit Figur 2 nachvollziehen lässt.
Der erste Rotorkörper 5 und der zweite Rotorkörper 7 sind relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit 9 um eine gemeinsame Drehachse 10 mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus 11 verdrehbar. Die beiden Rotorkörper 5,7 sind im Wesentlichen aus identischen Rotorblechen ausgebildet, wobei die Position und die Anzahl der Permanentmagnete 6 der ersten Gruppe und die Anzahl der Permanentmagnete 8 der zweiten Gruppe in den Rotorkörpern 5,7 identisch sind. Der in der Figur 2 exemplarisch gezeigte Feldschwächungsmechanismus 11 umfasst ein nicht näher bezeichnetes Hebelelement, das um einen Drehpunkt schwenkbar ist, wobei der erste Rotorkörper 5 mit einem ersten Hebelabschnitt und der zweite Rotorkörper 7 mit einem zweiten Hebelabschnitt des Hebelelements koppelbar ist. Der erste Hebelabschnitt und der zweite Hebelabschnitt sind auf entgegengesetzten Seiten des Hebels angeordnet, so dass der erste Rotorkörper 5 und der zweite Rotorkörper 7 durch ein Kippen des Hebelelements für eine gewünschte Verstellung des mechanischen Feldschwächungsmechanismus 1 1 zielführend, relativ zueinander verdrehbar sind. Dieser Feldschwächungsmechanismus 1 1 ist detailliert in der DE102022106944 und der DE102022106945 beschrieben, so dass hier zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese Schrift verwiesen wird.
Wie bereits in der Figur 1 angedeutet, sind die Rotorkörper 5,7 jeweils zweiteilig aufgebaut, umfassend eine mit einer Rotorwelle 16 drehmomentübertragend verbundenen inneren Ringscheibe 28 und einer drehmomentübertragend mit der inneren Ringscheibe 28 gekoppelten äußeren Ringscheibe 29, wobei die Permanentmagnete 6,8 lediglich in der aus einem Elektroblech geformten äußeren Ringscheibe 29 angeordnet sind. Die innere Ringscheibe 28 ist aus einem Stahl, insbesondere einem gehärteten Stahl, gefertigt.
In der Figur 3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die innere Ringscheibe 28 und die äußere Ringscheibe 29 formschlüssig miteinander drehmomentübertragend verbunden sind. Hierzu weist die innere Ringscheibe 28 an ihrer äußeren Mantelfläche 50 eine Außenverzahnung 51 auf, die in eine korrespondierende Innenverzahnung 52 an einer inneren Mantelfläche 53 der äußeren Ringscheibe 29 eingreift. Die Außenverzahnung 51 und die Innenverzahnung 52 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Steckverzahnung ausgebildet. Um das Fügen dieser Steckerzahnung zu erleichtern, kann die Außenverzahnung 51 und/oder die Innenverzahnung 52 eine Fase aufweisen.
Aus der Detaildarstellung der Figur 4 lässt sich erkennen, dass die Zähne 54 der Außenverzahnung 51 jeweils einen ersten Hinterschnitt 55 aufweisen, Auch die Zähne 56 der Innenverzahnung 52 besitzen einen zweiten Hinterschnitt 57, wobei der erste Hinterschnitt 55 und der zweite Hinterschnitt 57 so ausgebildet sind, dass zwischen der im Eingriff stehenden Innenverzahnung 52 und Außenverzahnung 51 eine Kraft in radialer Richtung übertragbar ist. Um dies zu erreichen, sind die Zähne 54 der Außenverzahnung 51 sowie die Zähne 56 der Innenverzahnung 52 im Querschnitt schwalbenschwanzartig ausgeformt. Hierbei berühren sich die beiden Ringscheiben 28,29 nur auf den schrägen Flanken der in Schwalbenschwanzform ausgeführten Zähne 54,56. Die hohe Genauigkeit der Zahnform für eine formschlüssige Verbindung ist damit auf die schrägen Flanken beschränkt. Außerdem können dadurch in den Ringscheiben 28,29 größere Radien im Zahngrund verwendet werden. Dies reduziert die lokalen Spannungen und ermöglicht eine schnellere kostengünstigere Herstellung der Verzahnungen 51 ,52 z.B. durch Wahl eines Fräsers mit größerem Durchmesser. Der Hinterschnitt 55,57 entsteht somit durch die schrägen seitlichen Flanken der Zähne 54,56. Bei dieser Form sind die Öffnungen der Zahnlücken in den Ringscheiben 28,29 breiter, was eine einfachere und kostengünstigere Herstellung der Verzahnung ermöglicht, z.B. durch Räumen, Stoßen oder Fräsen.
Die Außenverzahnung 51 verfügt des Weiteren zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen 54 jeweils eine Nut 58 mit einem Nutgrund 59, in welche ein Zahn 56 der Innenverzahnung 52 mit einem Zahnkopf 60 eingreift, wobei der Zahnkopf 60 gegenüber dem Nutgrund 59 spielbehaftet ist, was sich gut aus dem in der Figur 4 gezeigten Spalt nachvollziehen lässt. Bei dieser Konstruktion kann gezielt eine Überlappung in den Zahnflanken der im Eingriff stehenden Zähne 54,56 vorgesehen werden, die bei der Montage zu einer Vorspannung der inneren Ringscheibe 28 mit der äußeren Ringscheibe 29 nach innen führt und damit die Spannungen in den Ringscheiben 28,29 unter Drehzahl weiter reduziert.
Die Permanentmagnete 6,8 sind im Querschnitt paarweise V-förmig über den Umfang einer äußeren Ringscheibe 29 verteilt angeordnet, wobei sich die freien Schenkel 61 der V-förmigen Anordnung radial nach innen erstrecken, und die V- förmige Anordnung eine radial verlaufende Spiegelachse 62 aufweist, welche koaxial zu einer radial verlaufenden Spiegelachse 63 eines Zahns 54,56 der Innenverzahnung 52 oder Außenverzahnung 51 verläuft. Gleichzeitig ist zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten V-förmigen Anordnungen eine radial verlaufende Spiegelachse 64 definiert, welche koaxial zu einer radial verlaufenden Spiegelachse 65 eines Zahns 56 der Innenverzahnung 52 oder Außenverzahnung 51 verläuft. Aus der Figur 4 ist in diesem Zusammenhang auch gut zu erkennen, dass die im Eingriff stehenden Zähne 54 der Außenverzahnung 51 , durch welche die Spiegelachsen 62,63 hindurch verlaufen, in Umfangsrichtung breiter ausgeführt sind als die in Umfangsrichtung benachbarten Zähne 54 der Außenverzahnung 51 . Gleiches gilt für die die im Eingriff stehenden Zähne 56 der Innenverzahnung 52, durch welche die Spiegelachsen 64,65 hindurch verlaufen. Hierdurch können die in diesen Bereichen durch die V-förmige Anordnung der Permanentmagnete 6,8 bedingten hohen Zentrifugalkrafteinwirkungen besser aufgenommen werden.
Der erste Rotorkörper 5 und der zweite Rotorkörper 7 sind relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit 9 um eine gemeinsame Drehachse 10 mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus 11 verdrehbar. Dies wird nachfolgend anhand der Figur 5 näher erläutert. Wie man anhand der Figur 5 erkennen kann, ist die erste Verdrehsteifigkeit 9 als eine erste Schenkelfederanordnung 12 mit einer ersten Schenkelfeder 13 ausgebildet, welche koaxial zur Drehachse 10 und so zwischen dem ersten Rotorkörper 5 und dem zweiten Rotorkörper 7 angeordnet ist, dass die bei der Verstellung des Feldschwächungsmechanismus 11 einsetzende Verdrehung eines der Rotorkörper 5,7 eine öffnende oder schließende Betätigung der ersten Schenkelfeder 13 bewirkt. Auch wenn es in den Figuren nicht gezeigt wird, so ist es dennoch möglich, dass die erste Schenkelfeder 13 auch zwischen einem der Rotorkörper 5,7 und der Rotorwelle 16 drehmomentübertragend angeordnet wird.
Die erste Schenkelfederanordnung 12 weist eine zweite Schenkelfeder 14 auf, welche koaxial zur Drehachse 10 des Rotors 4 und so zwischen dem ersten Rotorkörper 5 und dem zweiten Rotorkörper 7 angeordnet ist, dass die bei der Verstellung des Feldschwächungsmechanismus 11 einsetzende Verdrehung eines der Rotorkörper 5,7 eine öffnende oder schließende Betätigung der zweiten Schenkelfeder 14 bewirkt. Wie in der Figur 5 bzw. 7 dargestellt, sind die erste Schenkelfeder 13 und die zweite Schenkelfeder 14 im Wesentlichen gleichteilig ausgeführt und um die Drehachse 10 verdreht zueinander angeordnet, so dass der erste Federschenkel 17 und der zweite Federschenkel 18 der ersten Schenkelfeder 13 in Umfangsrichtung um 90° versetzt radial nach außen weisen sowie der erste Federschenkel 19 und der zweite Federschenkel 20 der zweiten Schenkelfeder 14 ebenfalls um 90° in Umfangsrichtung versetzt radial nach außen orientiert sind.
Hierbei verfügt die erste Schenkelfeder 13 über einen sich radial in den ersten Rotorkörper 5 hineinerstreckenden ersten Federschenkel 17 und einen sich radial in den zweiten Rotorkörper 7 hineinerstreckenden zweiten Federschenkel 18. Analog hierzu besitzt auch die zweite Schenkelfeder 14 einen sich radial in den ersten Rotorkörper 5 hineinerstreckenden ersten Federschenkel 19 und einen sich radial in den zweiten Rotorkörper 7 hineinerstreckenden zweiten Federschenkel 20.
Der erste Federschenkel 17 der ersten Schenkelfeder 13 ist dabei in einem ersten Aufnahmeschuh 30 gehalten, welcher seinerseits so in einer ersten Aufnahmetasche 31 des ersten Rotorkörpers 5 aufgenommen und an dem ersten Rotorkörper 5 fixiert ist, dass der erste Federschenkel 17 der ersten Schenkelfeder 13 in axialer, wie in umfänglicher Richtung spielfrei gegenüber dem ersten Rotorkörper 5 mit diesem gekoppelt ist. Dabei ist der erste Aufnahmeschuh 30 spielbehaftet in die erste Aufnahmetasche 31 einsetzbar.
Der Figur 5 ist ferner entnehmbar, dass der erste Aufnahmeschuh 30 eine erste Aufnahmenut 32 aufweist, in welche der erste Federschenkel 17 der ersten Schenkelfeder 13 spielfrei angeordnet ist, beispielsweise durch eine Presspassung. Der erste Federschenkel 17 der ersten Schenkelfeder 13 ragt aus der ersten Aufnahmenut 32 heraus, wobei der aus der ersten Aufnahmenut 32 herausragende Abschnitt 33 an einer Wandung 34 der ersten Aufnahmetasche 31 anliegt, was sich auch gut aus der Zusammenschau mit der Figur 7 erkennen lässt. So kann ein Teil von der Schuhbelastung durch den Rotorkörper 5 aufgenommen werden. Die Wandung 34 der ersten Aufnahmetasche 31 besitzt eine in die erste Aufnahmetasche 31 hineinragende, konvexe Kontur, was sich auch gut aus der Detaildarstellung der Figur 7 entnehmen lässt. Damit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Position des Federschenkels 17 auch in Drehrichtung einstellbar ist. In der Figur 5 ist ferner gezeigt, dass der erste Aufnahmeschuh 30 eine erste Öffnung 35 aufweist, welche von einem ersten Befestigungsmittel 36 durchgriffen ist, mittels dessen der erste Aufnahmeschuh 30 an dem ersten Rotorkörper 5 fixiert ist.
Auch ist in der Figur 5 gezeigt, dass der zweite Federschenkel 18 der ersten Schenkelfeder 13 in einem zweiten Aufnahmeschuh 37 gehalten ist, welcher seinerseits so in einer zweiten Aufnahmetasche 38 des zweiten Rotorkörpers 7 aufgenommen und an dem ersten Rotorkörper 7 fixiert ist, dass der zweite Federschenkel 18 der ersten Schenkelfeder 13 in axialer, wie in umfänglicher Richtung spielfrei gegenüber dem zweiten Rotorkörper 7 mit diesem gekoppelt ist.
Auch der erste Federschenkel 19 der zweiten Schenkelfeder 14 ist in analoger Weise in einem dritten Aufnahmeschuh 39 gehalten, welcher seinerseits so in einer dritten Aufnahmetasche des ersten Rotorkörpers 5 aufgenommen und an dem ersten Rotorkörper 5 fixiert ist, dass der erste Federschenkel 19 der zweiten Schenkelfeder 14 in axialer, wie in umfänglicher Richtung spielfrei gegenüber dem ersten Rotorkörper 5 mit diesem gekoppelt ist.
Schließlich ist auch der zweite Federschenkel 20 der zweiten Schenkelfeder 14 in einem vierten Aufnahmeschuh 41 gehalten, welcher seinerseits so in einer vierten Aufnahmetasche 42 des zweiten Rotorkörpers 7 aufgenommen und an dem zweiten Rotorkörper 7 fixiert ist, dass der zweite Federschenkel 20 der zweiten Schenkelfeder 14 in axialer, wie in umfänglicher Richtung spielfrei gegenüber dem zweiten Rotorkörper 7 mit diesem gekoppelt ist.
Ersichtlich ist aus der Figur 5 ferner, dass der erste Aufnahmeschuh 30, der zweite Aufnahmeschuh 37, der dritte Aufnahmeschuh 39 sowie der vierte Aufnahmeschuh 41 gleichteilig ausgebildet sind.
Mittels der Aufnahmeschuhe 30,37,39,41 werden also zwischen den Federschenkeln 17,18,19,20 und den Rotorkörpern 5, in ihrer Lage innerhalb einer Aufnahmetasche 31 ,38,42 einstellbare und fixierbare Elemente angeordnet. Die Aufnahmeschuhe 30,37,39,41 sind auf die Federschenkeln 17,18,19,20 gepresst, beispielsweise durch ein entsprechendes Übermaß, so dass diese spielfrei zueinander fixiert sind. Die Federschenkel 17,18,19,20 mit den vormontierten Aufnahmeschuhen 30,37,39,41 können in den Rotorkörpern 5,7 mit einem nicht abgebildeten Montagewerkzeug positioniert werden. Da ein Spalt zwischen den Aufnahmetaschen 31 ,38,42 und den Aufnahmeschuhe 30,37,39,41 ausgebildet ist, die Aufnahmeschuhe 30,37,39,41 also spielbehaftet in die Aufnahmetaschen 31 ,38,42 eingreifen, ist die Lage bzw. Position der Aufnahmeschuhe 30,37,39,41 in den Aufnahmetaschen 31 ,38,42 einstellbar. Die dann in den Aufnahmetaschen 31 ,38,42 positionierten Aufnahmeschuhe 30,37,39,41 können dann durch die Befestigungsmittel 36 fixiert werden. Diese sind in den Figuren als Schrauben dargestellt. Sie können jedoch auch als Niet ausgeführt sein oder das Befestigungsmittel 36 ist eine Löt- oder Schweißstelle.
Die Figur 6 zeigt die aus Figur 5 bekannte Anordnung in einem zusammengebauten Montagezustand.
Die Figur 8 zeigt ein Kit-of-parts 43 zur Herstellung eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus 11 für einen Rotor 4 einer elektrischen Maschine 1 , insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybridöder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend
• einen ersten Rotorkörper 5 mit einer ersten Aufnahmetasche 31 und einen zweiten Rotorkörper 7, wobei der erste Rotorkörper 5 und der zweite Rotorkörper 7 relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit 9 um eine gemeinsame Drehachse 10 verdrehbar sind,
• eine erste Verdrehsteifigkeit 9, welche als eine erste Schenkelfederanordnung 12 mit einer ersten Schenkelfeder 13 ausgebildet ist, welche koaxial zur Drehachse 10 und so zwischen dem ersten Rotorkörper 5 und dem zweiten Rotorkörper 7 oder zwischen einem der Rotorkörper 5,7 und einer Rotorwelle 16 positionierbar ist, dass die bei der Verstellung des Feldschwächungsmechanismus 11 einsetzende Verdrehung eines der Rotorkörper 5,7 eine öffnende oder schließende Betätigung der ersten Schenkelfeder 13 bewirkbar ist, und die erste Schenkelfeder 13 wenigstens einen ersten Federschenkel 17 aufweist,
• einen ersten Aufnahmeschuh 30, in welchem der erste Federschenkel 17 positionierbar ist und der Aufnahmeschuh 30 seinerseits so in der ersten Aufnahmetasche 31 des ersten Rotorkörpers 5 aufnehmbar und an dem ersten Rotorkörper 5 fixierbar ist, dass der erste Federschenkel 17 der ersten Schenkelfeder 13 in axialer, wie in umfänglicher Richtung spielfrei gegenüber dem ersten Rotorkörper 5 mit diesem koppelbar ist.
Wie gezeigt, kann das Kit-of-Parts 43 für alle Federschenkel 17, 18, 19,20 der Schenkelfederanordnung 12 einen Aufnahmeschuh 30,37,39,41 vorhalten, wobei diese Aufnahmeschuhe 30,37,39,41 im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 elektrische Maschine
2 Stator
3 Luftspalt
4 Rotor
5 Rotorkörper
6 Permanentmagneten
7 Rotorkörper
8 Permanentmagneten
9 Verdrehsteifigkeit
10 Drehachse
11 Feldschwächungsmechanismus
12 Schenkelfederanordnung
13 Schenkelfeder
14 Schenkelfeder
16 Rotorwelle
17 Federschenkel
18 Federschenkel
19 Federschenkel
20 Federschenkel
28 Ringscheibe
29 Ringscheibe
30 Aufnahmeschuh
31 Aufnahmetasche
32 Aufnahmenut
33 Abschnitt
34 Wandung
35 Öffnung
36 Befestigungsmittel 37 Aufnahmeschuh
38 Aufnahmetasche
39 Aufnahmeschuh
41 Aufnahmeschuh
42 Aufnahmetasche
43 Kit-of-parts
50 Mantelfläche
51 Außenverzahnung
52 Innenverzahnung
53 Mantelfläche
54 Zähne
55 Hinterschnitt
56 Zähne
57 Hinterschnitt
58 Nut
59 Nutgrund
60 Zahnkopf
61 Schenkel
62 Spiegelachse
63 Spiegelachse
64 Spiegelachse
65 Spiegelachse

Claims

Ansprüche
1 . Rotor (4) einer elektrischen Maschine (1 ), insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei der Rotor (4) wenigstens einen ersten Rotorkörper (5) mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten (6) und einen zweiten Rotorkörper (7) mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten (8) aufweist, wobei der erste Rotorkörper (5) und der zweite Rotorkörper (7) relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit (9) um eine gemeinsame Drehachse (10) mittels eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus (11 ) verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorkörper (5,7) jeweils zweiteilig aufgebaut sind, umfassend eine mit einer Rotorwelle (16) drehmomentübertragend verbundenen inneren Ringscheibe (28) und einer drehmomentübertragend mit der inneren Ringscheibe (28) gekoppelten äußeren Ringscheibe (29), wobei die Permanentmagnete (6,8) lediglich in der aus einem Elektroblech geformten äußeren Ringscheibe (29) angeordnet sind.
2. Rotor (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die innere Ringscheibe (28) aus einem Stahl, insbesondere einem gehärteten Stahl, gefertigt ist.
3. Rotor (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Ringscheibe (28) und die äußere Ringscheibe (29) formschlüssig miteinander drehmomentübertragend verbunden sind.
4. Rotor (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Ringscheibe (28) an ihrer äußeren Mantelfläche (50) eine Außenverzahnung (51 ) aufweist, die in eine korrespondierende Innenverzahnung (52) an einer inneren Mantelfläche (53) der äußeren Ringscheibe (29) eingreift.
5. Rotor (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (51 ) und die Innenverzahnung (52) als Steckverzahnung ausgebildet sind.
6. Rotor (4) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Zähne (54) der Außenverzahnung (51 ) jeweils einen ersten Hinterschnitt (55) aufweisen sowie eine Mehrzahl der Zähne (56) der Innenverzahnung (52) jeweils einen zweiten Hinterschnitt (57) aufweisen, wobei der erste Hinterschnitt (55) und der zweite Hinterschnitt (57) so ausgebildet sind, dass zwischen der im Eingriff stehenden Innenverzahnung (52) und Außenverzahnung (51 ) eine Kraft in radialer Richtung übertragbar ist.
7. Rotor (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Zähne (54) der Außenverzahnung (51 ) und/oder die Mehrzahl der Zähne (56) der Innenverzahnung (52) im Querschnitt schwalbenschwanzartig ausgeformt sind.
8. Rotor (4) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (51 ) zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Zähnen (54) jeweils eine Nut (58) mit einem Nutgrund (59) aufweist, in welche ein Zahn (56) der Innenverzahnung (52) mit einem Zahnkopf (60) eingreift, wobei der Zahnkopf (60) gegenüber dem Nutgrund (59) spielbehaftet ist.
9. Rotor (4) nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (51 ) und/oder die Innenverzahnung (52) eine Fase aufweisen.
10. Rotor (4) nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (6,8) im Querschnitt paarweise V-förmig über den Umfang einer äußeren Ringscheibe (29) verteilt angeordnet sind, wobei sich die freien Schenkel (61 ) der V-förmigen Anordnung radial nach innen erstrecken, und die V-förmige Anordnung eine radial verlaufende Spiegelachse (62) aufweist, welche koaxial zu einer radial verlaufenden Spiegelachse (63) eines Zahns (54,56) der Innenverzahnung (52) oder Außenverzahnung (51 ) verläuft und/oder die Permanentmagnete (6,8) im Querschnitt paarweise V-förmig über den Umfang einer äußeren Ringscheibe (29) verteilt angeordnet sind, wobei sich die freien Schenkel (61 ) der V-förmigen Anordnung radial nach innen erstrecken, und zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten V-förmigen Anordnungen eine radial verlaufende Spiegelachse (64) definiert ist, welche koaxial zu einer radial verlaufenden Spiegelachse (65) eines Zahns (56) der Innenverzahnung (52) oder Außenverzahnung (51 ) verläuft.
11 . Elektrische Maschine (1 ) umfassend einen Stator (2) und einen durch einen Luftspalt (3) vom Stator (2) getrennten Rotor (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) nach einem der vorherigen Ansprüche ausgeführt ist.
12. Kit-of-parts (43) zur Herstellung eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus (11 ) für einen Rotor (4) einer elektrischen Maschine (1 ), insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend
• einen ersten Rotorkörper (5) mit einer ersten Aufnahmetasche (31 ) und einen zweiten Rotorkörper (7), wobei der erste Rotorkörper (5) und der zweite Rotorkörper (7) relativ zueinander entgegen der Wirkung einer ersten Verdrehsteifigkeit (9) um eine gemeinsame Drehachse (10) verdrehbar sind,
• eine erste Verdrehsteifigkeit (9), welche als eine erste Schenkelfederanordnung (12) mit einer ersten Schenkelfeder (13) ausgebildet ist, welche koaxial zur Drehachse (10) und so zwischen dem ersten Rotorkörper (5) und dem zweiten Rotorkörper (7) oder zwischen einem der Rotorkörper (5,7) und einer Rotorwelle (16) positionierbar ist, dass die bei der Verstellung des Feldschwächungsmechanismus (11) einsetzende Verdrehung eines der Rotorkörper (5,7) eine öffnende oder schließende Betätigung der ersten Schenkelfeder (13) bewirkbar ist, und die erste Schenkelfeder (13) wenigstens einen ersten Federschenkel (17) aufweist,
• einen ersten Aufnahmeschuh (30), in welchem der erste Federschenkel (17) positionierbar ist und der Aufnahmeschuh (30) seinerseits so in der ersten Aufnahmetasche (31 ) des ersten Rotorkörpers (5) aufnehmbar und an dem ersten Rotorkörper (5) fixierbar ist, dass der erste Federschenkel (17) der ersten Schenkelfeder (13) in axialer, wie in umfänglicher Richtung spielfrei gegenüber dem ersten Rotorkörper (5) mit diesem koppelbar ist.
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