EP4681316A1

EP4681316A1 - Rotor, elektrische maschine und kit-of-parts

Info

Publication number: EP4681316A1
Application number: EP24709298.4A
Authority: EP
Inventors: Jean-Francois Heller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-03-15
Filing date: 2024-02-26
Publication date: 2026-01-21
Also published as: WO2024188394A1; CN120858514A; KR20250144430A; DE102023106507A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (4) für eine elektrische 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 der Feldschwächungsmechanismus (11) einen ersten mechanischen Anschlag (12) aufweist, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper (5, 7) zueinander in einer ersten Umfangsrichtung begrenzt und einen zweiten mechanischen Anschlag (13) besitzt, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper (5, 7) zueinander in einer zweiten Umfangsrichtung begrenzt, wobei der Feldschwächungsmechanismus (11) eine drehfest mit einer Rotorwelle (14) des Rotors (4) gekoppelte Nabe (16) aufweist wobei der erste Rotorkörper (5) mit einer ersten ringartigen Anschlagscheibe (17) und der zweite Rotorkörper (7) mit einer zweiten ringartigen Anschlagscheibe (15) gekoppelt ist, wobei sowohl die erste Anschlagscheibe (17) als auch die zweite Anschlagscheibe (15) an einem aus dem Rotor (4) herausweisenden Ende des ersten Rotorkörpers (5) positioniert sind.

Description

Rotor, elektrische Maschine und Kit-of-parts

Die vorliegende Erfindung betrifft eine/ein Rotor für eine elektrische 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 der Feldschwächungsmechanismus einen ersten mechanischen Anschlag aufweist, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper, zueinander in einer ersten Umfangsrichtung begrenzt und einen zweiten mechanischen Anschlag besitzt, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper, zueinander in einer zweiten Umfangsrichtung begrenzt. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine und ein Kit-of-parts.

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 betreibarer 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 10 12021 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 Endanschläge eines mechanischen Feldschwächungsmechanismus exakt definiert und betriebssicher ausgeführt werden. 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 und eine elektrische Maschine mit einer verbesserten mechanischen Feldschwächung bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein Kit-of-parts zur Ausbildung eines Feldschwächungsmechanismus eines Rotors einer elektrischen Maschine zu realisieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rotor für eine elektrische 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 der Feldschwächungsmechanismus einen ersten mechanischen Anschlag aufweist, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper, zueinander in einer ersten Umfangsrichtung begrenzt und einen zweiten mechanischen Anschlag besitzt, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper, zueinander in einer zweiten Umfangsrichtung begrenzt, wobei der Feldschwächungsmechanismus eine drehfest mit einer Rotorwelle des Rotors gekoppelte Nabe aufweist wobei der erste Rotorkörper mit einer ersten ringartigen Anschlagscheibe und der zweite Rotorkörper mit einer zweiten ringartigen Anschlagscheibe gekoppelt ist, wobei sowohl die erste Anschlagscheibe als auch die zweite Anschlagscheibe an einem aus dem Rotor herausweisenden Ende des ersten Rotorkörpers positioniert sind. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Anschläge axial außerhalb des Rotorkörpers angeordnet sind und die Anschlagsscheiben sowie die Nabe insbesondere auch als modulartige Baugruppe durch ein axiales Aufschieben auf die Rotorwelle mit dem Rotor koppelbar 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.

Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass eine zweite Nabe mit zugeordneten Anschlagscheiben an einem zweiten aus dem Rotor herausweisenden Ende positioniert wird. Hierdurch kann das Anschlagssystem des Feldschwächungsmechanismus „gespiegelt“ werden, beispielsweise um höhere Anschlagkräfte sicher abfangen zu können.

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 drehfest 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 oder Verschraubung zusammengehalten bleiben. Ein Rotorblechpaket kann insbesondere auch in die Taschen des Rotorblechpakets eingebrachte oder den 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.

Es kann ferner bevorzugt werden, dass 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 erste Verdrehsteifigkeit 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 angeordnet ist, dass die bei der Verstellung des Feldschwächungsmechanismus einsetzende Verdrehung eines der Rotorkörper, eine öffnende oder schließende Betätigung der ersten Schenkelfeder bewirkt.

Die Ausbildung einer Verdrehsteifigkeit als eine Schenkelfederanordnung zur Definition einer Verstellkennlinie zur Schwächung des Magnetfelds durch eine Relativverdrehung der Rotorkörper erlaubt insbesondere die Reduktion des Zentrifugalkrafteinflusses auf die Verstellkennlinie und deren Hysterese.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Nabe eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach außen hervorstehenden Nabenzähnen aufweist, die mit der ersten Anschlagscheibe den ersten mechanischen Anschlag und/oder mit der zweiten Anschlagscheibe den zweiten mechanischen Anschlag ausbilden/ausbildet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass sich durch die Zähne ein Anschlag in beide Umfangsrichtung definieren lässt. Bevorzugt weist die Nabe wenigstens zwei Nabenzähne auf. Höchst bevorzugt beträgt die Anzahl der Nabenzähne wenigstens vier. Die Nabenzähne sind des Weiteren bevorzugt äquidistant über den Umfang der Nabe verteilt angeordnet. Höchst bevorzugt sind die Nabenzähne im Wesentlichen identisch ausgeformt.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die erste Anschlagscheibe eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach innen hervorstehenden ersten Zähnen aufweist, die mit wenigstens einem der Nabenzähne den ersten mechanischen Anschlag und/oder die zweite Anschlagscheibe eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach innen hervorstehenden zweiten Zähnen aufweist, die mit wenigstens einem der Nabenzähne den zweiten mechanischen Anschlag ausbilden/ausbildet.

Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Anschläge auf fertigungstechnisch besonders günstige Weise ausgebildet werden können. Bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, eine Anschlagscheibe durch Stanzen aus einem Blech zu fertigen. Bevorzugt weist eine Anschlagscheibe wenigstens zwei Zähne auf. Höchst bevorzugt beträgt die Anzahl der Zähne einer Anschlagscheibe wenigstens vier. Die Zähne sind des Weiteren bevorzugt äquidistant über den Umfang einer Anschlagscheibe verteilt angeordnet. Höchst bevorzugt sind die Zähne einer Anschlagscheibe im Wesentlichen identisch ausgeformt.

Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die Anzahl der Nabenzähne der Anzahl der Zähne einer Anschlagscheibe, bevorzugt der Anzahl der Zähne von beiden Anschlagscheiben entspricht.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Anschlagscheibe eine Mehrzahl von ersten Befestigungsöffnungen aufweist, die jeweils von einem ersten Befestigungsstift durchgriffen sind, wobei der erste Befestigungsstift den ersten Rotorkörper axial durchgreift, so dass eine Rotation des ersten Rotorkörpers eine Rotation der ersten Anschlagscheibe bewirkt und/oder die zweite Anschlagscheibe eine Mehrzahl von zweiten Befestigungsöffnungen aufweist, die jeweils von einem zweiten Befestigungsstift durchgriffen sind, wobei der zweite Befestigungsstift den zweiten Rotorkörper axial durchgreift, so dass eine Rotation des zweiten Rotorkörpers eine Rotation der zweiten Anschlagscheibe bewirkt. Der erste Befestigungsstift und/oder der zweite Befestigungsstift können/kann insbesondere als eine Schraube ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Anschlagscheibe eine Mehrzahl von ersten Durchgriffsöffnungen aufweist, welche von einem der zweiten Befestigungsstifte durchgriffen ist, und die ersten Durchgriffsöffnungen so ausgebildet sind, dass die zweiten Befestigungsstifte eine relative Verdrehung der ersten Anschlagscheibe zur zweiten Anschlagscheibe nicht beschränken, und/oder die zweite Anschlagscheibe eine Mehrzahl von zweiten Durchgriffsöffnungen aufweist, welche von einem der ersten Befestigungsstifte durchgriffen ist, und die zweiten Durchgriffsöffnungen so ausgebildet sind, dass die ersten Befestigungsstifte eine relative Verdrehung der ersten Anschlagscheibe zur zweiten Anschlagscheibe nicht beschränken. Hierdurch können die beiden Anschlagscheiben sich frei gegeneinander verdrehen, wobei der Anschlag in Umfangsrichtung dann alleinig durch die Zähne der Nabe und der Anschlagscheiben bereitgestellt wird.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle und der Nabe mittels einer Steckverzahnung ausgebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich die Nabe so besonders einfach auf die Rotorwelle aufschieben lässt und eine noch hinreichend hohe Drehomentübertragungsfähigkeit realisierbar ist.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Nabe axial außerhalb des ersten Rotorkörpers und des zweiten Rotorkörpers auf der Rotorwelle angeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich die Nabe besonders einfach montieren lässt, da auf ein Einsetzen in den Rotorkörper verzichtet werden kann. Dies begünstigt auch die modulartige Ausbildung von Nabe und den Anschlagscheiben.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die ersten Befestigungsstifte und/oder die zweiten Befestigungsstifte als Schrauben ausgebildet sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybridöder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Rotor nach einem der Ansprüche 1-8. Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch ein Kit-of-parts zur Ausbildung eines Feldschwächungsmechanismus eines Rotors einer elektrischen Maschine umfassend

• eine Nabe, welche drehfest mit einer Rotorwelle des Rotors der elektrischen Maschine koppelbar ist,

• eine erste ringartige Anschlagscheibe, die mit einem ersten Rotorkörper des Rotors koppelbar ist und

• eine zweite ringartige Anschlagscheibe, die mit einem zweiten Rotorkörper des Rotors koppelbar ist,

• wobei sowohl die erste Anschlagscheibe als auch die zweite Anschlagscheibe an einem aus dem Rotor herausweisenden Ende des ersten Rotorkörpers positionierbar sind, wobei ein erster mechanischer Anschlag zwischen der Nabe und der ersten Anschlagscheibe und ein zweiter mechanische Anschlag zwischen der Nabe und der zweiten Anschlagscheibe ausbildbar ist.

Hierdurch können die zur Herstellung des Feldschwächungsmechanismus notwendigen Bauteile auf besonders konveniente Weise zur Verfügung gestellt werden. 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 ersten Axialschnittansicht,

Figur 4 einen Rotor in einer zweiten Axialschnittansicht,

Figur 5 eine erste Anschlagscheibe und eine zweite Anschlagscheibe in einer Frontalansicht,

Figur 6 eine Nabe in einer perspektivischen Darstellung,

Figur 7 eine Rotorwelle in einer perspektivischen Ansicht,

Figur 8 die erste Anschlagscheibe, zweite Anschlagscheibe und Nabe in einer ersten Betriebsstellung in einer Frontalansicht,

Figur 9 die erste Anschlagscheibe, zweite Anschlagscheibe und Nabe in einer zweiten Betriebsstellung in einer Frontalansicht,

Figur 10 die erste Anschlagscheibe, zweite Anschlagscheibe und Nabe in einer dritten Betriebsstellung in einer Frontalansicht.

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 11 zielführend, relativ zueinander verdrehbar sind. Dieser Feldschwächungsmechanismus 11 ist detailliert in der DE102022106944 und der DE102022106945 beschrieben, so dass hier zur Vermeidung von Wiederholungen auf diese Schrift verwiesen wird.

Die erste Verdrehsteifigkeit 9 ist als eine erste Schenkelfederanordnung mit einer ersten Schenkelfeder 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 bewirkt. Auch wenn es in den Figuren 2-3 nicht gezeigt wird, so ist es dennoch möglich, dass die erste Schenkelfeder auch zwischen einem der Rotorkörper 5,7 und der Rotorwelle 14 drehmomentübertragend angeordnet wird.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines Rotors 4 für eine elektrische Maschine 1 , wobei der Rotor 4 einen ersten Rotorkörper 5 mit einer ersten Gruppe von Permanentmagneten 6 und einen zweiten Rotorkörper 7 mit einer zweiten Gruppe von Permanentmagneten 8 aufweist. 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. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier erste Rotorkörper 5 und drei zweite Rotorkörper 7 im Rotor 4 vorhanden, wobei die ersten Rotorkörper 5 jeweils den axialen Abschluss des Rotors 4 bilden.

Der Feldschwächungsmechanismus 11 weist einen ersten mechanischen Anschlag 12 weist, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper 5,7 zueinander in einer ersten Umfangsrichtung begrenzt und einen zweiten mechanischen Anschlag 13, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper 5,7 zueinander in einer zweiten Umfangsrichtung begrenzt, was sich gut anhand der Figuren 9-10 nachvollziehen lässt.

Der Feldschwächungsmechanismus 11 verfügt des Weiteren über eine drehfest mit einer Rotorwelle 14 des Rotors 4 gekoppelte Nabe 16, wobei der erste Rotorkörper 5 mit einer ersten ringartigen Anschlagscheibe 17 und der zweite Rotorkörper 7 mit einer zweiten ringartigen Anschlagscheibe 15 gekoppelt ist, wobei sowohl die erste Anschlagscheibe 17 als auch die zweite Anschlagscheibe 15 an einem aus dem Rotor 4 herausweisenden Ende des ersten Rotorkörpers 5 positioniert sind, was in den Figuren 3-4 gut zu erkennen ist. Was den Figuren 3-4 auch gut entnommen werden kann ist, dass die Nabe 16 axial außerhalb des ersten Rotorkörpers 5 und des zweiten Rotorkörpers 7 auf der Rotorwelle 14 angeordnet ist.

Aus der Figur 6 ist ersichtlich, dass die Nabe 16 vier in radialer Richtung nach außen hervorstehende Nabenzähne 18 aufweist, die mit der ersten Anschlagscheibe 17 den ersten mechanischen Anschlag 12 und/oder mit der zweiten Anschlagscheibe 15 den zweiten mechanischen Anschlag 13 ausbilden/ausbildet. In der Figur 5 ist gezeigt, dass die erste Anschlagscheibe 17 vier in radialer Richtung nach innen hervorstehende erste Zähne 20 aufweist, die mit wenigstens einem der Nabenzähne 18 den ersten mechanischen Anschlag 12 ausbildet. Auch die zweite Anschlagscheibe 15 weist eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach innen hervorstehende zweite Zähne 19 auf, die mit wenigstens einem der Nabenzähne 18 den zweiten mechanischen Anschlag 13 ausbilden.

Die erste Anschlagscheibe 17 besitzt eine Mehrzahl von ersten kreisförmigen Befestigungsöffnungen 23, die jeweils von einem ersten Befestigungsstift 24 durchgriffen sind, wobei der erste Befestigungsstift 24 die ersten Rotorkörper 5 axial durchgreift, so dass eine Rotation der ersten Rotorkörpers 5 eine Rotation der ersten Anschlagscheibe 17 bewirkt. Analog hierzu weist auch die zweite Anschlagscheibe 15 eine Mehrzahl von zweiten kreisrunden Befestigungsöffnungen 21 auf, die jeweils von einem zweiten Befestigungsstift 22 durchgriffen sind, wobei der zweite Befestigungsstift 22 die zweiten Rotorkörper 7 axial durchgreift, so dass eine Rotation der zweiten Rotorkörpers 7 eine Rotation der zweiten Anschlagscheibe 15 bewirkt.

Die erste Anschlagscheibe 17 verfügt ferner über eine Mehrzahl von ersten langlochartigen Durchgriffsöffnungen 26, welche von einem der zweiten Befestigungsstifte 22 durchgriffen ist. Die ersten Durchgriffsöffnungen 26 sind so ausgebildet, dass die zweiten Befestigungsstifte 22 eine relative Verdrehung der ersten Anschlagscheibe 17 zur zweiten Anschlagscheibe 15 nicht beschränken. Gleiches gilt in analoger Weise auch für die zweite Anschlagscheibe 15, welche ebenfalls über eine Mehrzahl von zweiten, langlochartigen Durchgriffsöffnungen 25 aufweist, welche von einem der ersten Befestigungsstifte 24 durchgriffen ist, und die zweiten Durchgriffsöffnungen 25 ebenfalls so ausgebildet sind, dass die ersten Befestigungsstifte 24 eine relative Verdrehung der ersten Anschlagscheibe 17 zur zweiten Anschlagscheibe 15 nicht beschränken.

Die ersten Befestigungsstifte 24 und die zweiten Befestigungsstifte 22 sind jeweils als Schrauben ausgebildet sind. Bevorzugt sind die Schrauben identisch.

Aus der Zusammenschau der Figuren 6-7 wird ersichtlich, dass die drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle 14 und der Nabe 16 mittels einer Steckverzahnung 29 ausgebildet ist. Figur 8 zeigt den Rotor 4 in einer feldgeschwächten, neutralen Position, ohne dass ein Moment zwischen den Rotorkörpern 5,7 wirkt. Man erkennt gut, dass in dieser Betriebssituation die Nabenzähne 18 keinen Anschlag mit der ersten Anschlagscheibe 17 und der zweiten Anschlagscheibe 15 aufweisen. Figur 9 zeigt den Rotor 4 in einer feldgestärkten, auf Zug beanspruchten Position. Hierbei werden dann die Rotorkörper 5,7 sowie die ihnen zugeordneten Anschlagscheiben 15,17 zueinander verdreht werden, bis die Nabenzähne 18 mit den Zähnen 19,20 der Anschlagscheiben 15,17 einen ersten Anschlag 12 ausbilden, der von den Nabenzähnen 18 aus betrachtet auf der entgegen dem Uhrzeigersinn gerichteten Flanke der Nabenzähne 18 liegt. Figur 10 zeigt den Rotor 4 in einer feldgestärkten auf Schub beanspruchten Position, bei der dann die Rotorkörper 5,7 sowie die ihnen zugeordneten Anschlagscheiben 15,17 zueinander verdreht werden, bis die Nabenzähne 18 mit den Zähnen 19,20 der Anschlagscheiben 15,17 einen zweiten Anschlag 13 ausbilden, der von den Nabenzähnen 18 aus betrachtet auf der in Richtung des Uhrzeigersinns weisenden Flanke der Nabenzähne 18 liegt.

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 Anschlag

13 Anschlag

14 Rotorwelle

15 Anschlagscheibe

16 Nabe

17 Anschlagscheibe

18 Nabenzähnen

19 Zähne

20 Zähne

21 Befestigungsöffnungen

22 Befestigungsstift

23 Befestigungsöffnungen

24 Befestigungsstift

25 Durchgriffsöffnungen

26 Durchgriffsöffnungen

29 Steckverzahnung

Claims

Ansprüche

1 . Rotor (4) für eine elektrische 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 der Feldschwächungsmechanismus (11 ) einen ersten mechanischen Anschlag (12) aufweist, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper (5,7) zueinander in einer ersten Umfangsrichtung begrenzt und einen zweiten mechanischen Anschlag (13) besitzt, der die Verdrehung der beiden Rotorkörper (5,7) zueinander in einer zweiten Umfangsrichtung begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldschwächungsmechanismus (11 ) eine drehfest mit einer Rotorwelle (14) des Rotors (4) gekoppelte Nabe (16) aufweist wobei der erste Rotorkörper (5) mit einer ersten ringartigen Anschlagscheibe (17) und der zweite Rotorkörper (7) mit einer zweiten ringartigen Anschlagscheibe (15) gekoppelt ist, wobei sowohl die erste Anschlagscheibe (17) als auch die zweite Anschlagscheibe (15) an einem aus dem Rotor (4) herausweisenden Ende des ersten Rotorkörpers (5) positioniert sind.

2. Rotor (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (16) eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach außen hervorstehenden Nabenzähnen (18) aufweist, die mit der ersten Anschlagscheibe (17) den ersten mechanischen Anschlag (12) und/oder mit der zweiten Anschlagscheibe (15) den zweiten mechanischen Anschlag (13) ausbilden/ausbildet.

3. Rotor (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlagscheibe (17) eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach innen hervorstehenden ersten Zähnen (20) aufweist, die mit wenigstens einem der Nabenzähne (18) den ersten mechanischen Anschlag (12) und/oder die zweite Anschlagscheibe (15) eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach innen hervorstehenden zweiten Zähnen (19) aufweist, die mit wenigstens einem der Nabenzähne (18) den zweiten mechanischen Anschlag (13) ausbilden/ausbildet.

4. Rotor (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlagscheibe (17) eine Mehrzahl von ersten Befestigungsöffnungen (23) aufweist, die jeweils von einem ersten Befestigungsstift (24) durchgriffen sind, wobei der erste Befestigungsstift (24) den ersten Rotorkörper (5) axial durchgreift, so dass eine Rotation des ersten Rotorkörpers (5) eine Rotation der ersten Anschlagscheibe (17) bewirkt und/oder die zweite Anschlagscheibe (15) eine Mehrzahl von zweiten Befestigungsöffnungen (21 ) aufweist, die jeweils von einem zweiten Befestigungsstift (22) durchgriffen sind, wobei der zweite Befestigungsstift (22) den zweiten Rotorkörper (7) axial durchgreift, so dass eine Rotation des zweiten Rotorkörpers (7) eine Rotation der zweiten Anschlagscheibe (15) bewirkt.

5. Rotor (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlagscheibe (17) eine Mehrzahl von ersten Durchgriffsöffnungen (26) aufweist, welche von einem der zweiten Befestigungsstifte (22) durchgriffen ist, und die ersten Durchgriffsöffnungen (26) so ausgebildet sind, dass die zweiten Befestigungsstifte (22) eine relative Verdrehung der ersten

Anschlagscheibe (17) zur zweiten Anschlagscheibe (15) nicht beschränken, und/oder die zweite Anschlagscheibe (15) eine Mehrzahl von zweiten Durchgriffsöffnungen (25) aufweist, welche von einem der ersten Befestigungsstifte (24) durchgriffen ist, und die zweiten Durchgriffsöffnungen (25) so ausgebildet sind, dass die ersten Befestigungsstifte (24) eine relative Verdrehung der ersten Anschlagscheibe (17) zur zweiten Anschlagscheibe (15) nicht beschränken.

6. Rotor (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle (14) und der Nabe (16) mittels einer Steckverzahnung (29) ausgebildet ist.

7. Rotor (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (16) axial außerhalb des ersten Rotorkörpers (5) und des zweiten Rotorkörpers (7) auf der Rotorwelle (14) angeordnet ist.

8. Rotor (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Befestigungsstifte (24) und/oder die zweiten Befestigungsstifte (22) als Schrauben ausgebildet sind.

9. Elektrische Maschine (1 ), insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrangs eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Rotor (4) nach einem der vorherigen Ansprüche.

10. Kit-of-parts zur Ausbildung eines Feldschwächungsmechanismus (11 ) eines Rotors (4) einer elektrischen Maschine (1 ) umfassend - eine Nabe (16), welche drehfest mit einer Rotorwelle (14) des Rotors (4) der elektrischen Maschine (1 ) koppelbar ist,

- eine erste ringartige Anschlagscheibe (17), die mit einem ersten Rotorkörper (5) des Rotors (4) koppelbar ist und

- eine zweite ringartige Anschlagscheibe (15), die mit einem zweiten Rotorkörper (7) des Rotors (4) koppelbar ist, wobei sowohl die erste Anschlagscheibe (17) als auch die zweite

Anschlagscheibe (15) an einem aus dem Rotor (4) herausweisenden Ende des ersten Rotorkörpers (5) positionierbar sind, wobei ein erster mechanischer Anschlag (12) zwischen der Nabe (16) und der ersten Anschlagscheibe (17) und ein zweiter mechanische Anschlag (13) zwischen der Nabe (16) und der zweiten Anschlagscheibe (15) ausbildbar ist.