WO2021110203A1 - Electric axial-flow machine and drive system - Google Patents

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WO2021110203A1
WO2021110203A1 PCT/DE2020/100959 DE2020100959W WO2021110203A1 WO 2021110203 A1 WO2021110203 A1 WO 2021110203A1 DE 2020100959 W DE2020100959 W DE 2020100959W WO 2021110203 A1 WO2021110203 A1 WO 2021110203A1
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axial
stator
electric
adjusting device
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PCT/DE2020/100959
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Dennis KUHL
Carsten Angrick
Peter Schwanemann
Wolfgang Reik
Matthias Gramann
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2201/03Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/09Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the invention relates to an electric axial flux machine and a drive system for a motor vehicle.
  • Electric axial flux machines and drive systems for motor vehicles with electric axial flux machines are known from the prior art.
  • An electric axial flux machine is a motor or generator in which the magnetic flux between a rotor and a stator is implemented parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • Other names for electrical axial flux machines are also brushless direct current motors, permanent magnet synchronous motors or pancake motors.
  • the voltage with which the machine is driven is generally subject to an upper limit. As the induced voltage increases, the difference between the maximum voltage and the induced voltage decreases. This difference is a measure of the maximum current. The current, in turn, is a measure of the torque. This effect restricts the speed range at which torque can still be generated.
  • a field weakening is usually implemented in the electrical axial flux machine.
  • the present invention is based on the object of providing an electrical axial flow machine and a drive system equipped therewith To provide, which in a structurally simple manner ensure efficient and optimal operation as well as an extended speed range.
  • axial and radial always relate to the axis of rotation of the electrical axial flow machine.
  • the invention relates to an electrical axial flux machine, comprising at least one stator and at least one rotor positioned at an axial distance from the stator and rotatably arranged about an axis of rotation. According to the invention it is provided that the electrical axial flux machine furthermore comprises an adjusting device in order to adjust the axial distance between the rotor and the stator.
  • the electrical axial flux machine according to the invention is in particular a permanently excited synchronous machine.
  • the electrical axial flow machine according to the invention is set up to variably set the air gap or the axial distance between rotor and stator.
  • a stepless axial adjustability is preferred.
  • the rotor and / or the stator can be moved axially.
  • the rotor has a plurality of permanent magnets, the stator having a plurality of windings of an electrical conductor. If the axial distance between the rotor side and the stator side is increased when the electrical axial flux machine is in operation, this leads to a lower magnetic flux density in the stator or to a field weakening. This makes it possible to dispense with additional currents for realizing an electrically induced field weakening, as a result of which the ohmic losses associated with such currents can be avoided. In addition, the reduced flux density in the stator leads to reduced hysteresis and eddy current losses in the stator.
  • the setting device is set up to fix the rotor and / or the stator in the set axial position.
  • the adjusting device only uses mechanical energy to realize a relative movement between the rotor and the stator for the purpose of adjusting the axial distance.
  • Such a configuration can be implemented, for example, by a centrifugal governor.
  • a governor unit can also be provided which is set up to regulate the axial distance as a function of an applied torque.
  • the setting device is operated electrically and / or is also operated hydraulically.
  • the setting device is set up to set the axial distance as a function of the rotational speed of the rotor.
  • the setting device is set up to set the axial distance as a function of the torque applied to the rotor.
  • the setting device comprises a regulator unit which, for the purpose of setting the axial distance between rotor and stator, is coupled to the rotor of the electrical axial flow machine in terms of control technology, so that the torque applied to the regulator unit is the torque of the rotor.
  • the setting device can be designed in such a way that it sets the axial distance solely on the basis of the rotational speed or solely on the basis of the torque.
  • the rotational speed and / or the torque are included in a control or regulation of the setting of the axial distance.
  • the adjusting device has at least one spring device for realizing an adjusting movement for the purpose of adjusting the axial distance, against or with the spring force of which the adjusting device works.
  • the spring constant of the spring device is included in the characteristic curve of the work effected by the setting device when setting the axial distance.
  • the spring device can be a single spring or a set of springs made up of several springs connected in parallel and / or in series.
  • This refinement is implemented in particular when the setting device is set up to adjust the axial distance as a function of the rotational speed of the rotor and / or as a function of the applied torque.
  • the setting device is set up to adjust the axial distance as a function of the rotational speed of the rotor and / or as a function of the applied torque.
  • work can be carried out against the force or spring constant of a spring device, so that the spring constant is included in a characteristic curve of the movement behavior of the adjusting device.
  • the setting device can also have a spring device with the above-mentioned action options, with no extra drive device for realizing an adjusting movement being present.
  • a piston-cylinder device can be provided instead of a spring device, so that instead of the spring constant of the spring device, a pressure realized in the cylinder provides a force via the piston against or with which the adjusting device works when the distance is set.
  • the advantage of this alternative embodiment is that, in contrast to a spring constant, the pressure in the cylinder can be regulated so that a force used to adjust the distance can be flexibly adjusted.
  • one rotor side of the rotor is arranged axially on both sides of the stator, the setting device being set up to set and fix at least one of the two rotor sides in their distance in relation to the stator.
  • the rotor is thus essentially formed from two rotor sides which are axially spaced apart from one another.
  • a respective rotor side is a carrier of magnets, in particular permanent magnets and / or coils.
  • the stator is also a carrier of magnets and / or coils.
  • the setting device can be set up to carry out the setting movement of the two rotor sides synchronously.
  • the distances between the two rotor sides can be set independently of one another, so that the setting is different Points in time, at different speeds and / or at different intervals.
  • the two rotor sides are arranged axially displaceably on a common shaft.
  • This can be implemented, for example, by an axial toothing or splined shaft toothing on the shaft, which enables an axial displacement of the rotor sides.
  • a drive system for a motor vehicle in particular an electric axle or a hybrid module, is provided which has at least one electric axial flow machine according to the invention.
  • the hybrid module is used in particular to couple a
  • Internal combustion engine and comprises a separating clutch with which torque can be transmitted from the internal combustion engine to the hybrid module and with which the hybrid module can be separated from the internal combustion engine, as well as an electrical axial flux machine for generating a drive torque.
  • the hybrid module can optionally include a double clutch device with which torque can be transmitted from the electric axial flow machine and / or from the separating clutch to a drive train which is provided for coupling to an output element or to a transmission.
  • the electric axis comprises the electric axial flux machine according to the invention and, coupled with it, likewise a transmission.
  • the electric axle is set up to be connected to an output element, such as a drive axle of a motor vehicle, and in an advantageous embodiment also includes integrated power electronics.
  • FIG. 3 a schematic representation of an electrical axial flow machine according to the invention in a first state in a side view
  • FIG. 4 a schematic representation of the electrical according to the invention
  • FIG. 1 is a schematic illustration of a rotor 10 and a stator 20 of an electrical axial flux machine 1 in a perspective view.
  • the rotor 10 comprises a plurality of permanent magnets 11 distributed around an axis of rotation 3 on a circumference, an alternating sequence of positively polarized permanent magnets and negatively polarized permanent magnets being formed along the circumferential direction.
  • the stator 20 comprises a plurality of teeth 22 distributed around the circumference.
  • FIG. 2 shows a sectional side view of an electrical axial flow machine 1 according to the invention.
  • the electric axial flux machine 1 comprises a rotor 10 and a stator 20 equivalent to the rotor 10 and stator 20 from FIG. 1, the electric axial flux machine 1 further comprising a shaft 2 rotatable about the axis of rotation 3 and an adjusting device 31.
  • the rotor 10 is arranged non-rotatably on the shaft 2, the stator 20 being positioned coaxially to the shaft 2.
  • the axial distance d is realized between the rotor 10 and the stator 20.
  • the stator 20 is carried by a cup-shaped stator carrier 30, the open axial side of the cup shape facing the rotor 10.
  • the setting device 31 is connected to the stator carrier 30 in such a way that the setting device 31 can set and fix the axial position of the stator carrier 30 and thus the axial position of the stator 20.
  • the setting device 31 is set up accordingly to set the axial distance d between the rotor 10 and the stator 20.
  • the setting device 31 can be operated electrically or hydraulically, or it can only use mechanical energy for realizing an axial relative movement between the rotor 10 and the stator 20.
  • An input variable, as a function of which the setting device 31 sets the axial distance d, can be the speed of the rotor 10 and / or the torque applied to the rotor 10.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an electrical axial flow machine 1 according to the invention in a first state in a side view.
  • the electric axial flux machine 1 comprises a rotor 10, a stator 20 and a shaft 2, the rotor 10 being formed from two axially spaced apart rotor sides 12, 13 and a rotor side 12, 13 of the rotor 10 being arranged axially on both sides of the stator 20.
  • the first rotor side 12 and the second rotor side 13 are non-rotatably arranged on the shaft 2 and rotate about a common axis of rotation 3 of the electrical axial flow machine 1.
  • the stator 20 is arranged coaxially to the axis of rotation 3 or the rotor sides 12, 13.
  • the two rotor sides 12, 13 each carry permanent magnets 11 in their radially outer regions on a respective axial side facing the stator 20, the stator 20 having a plurality of windings 21 of an electrical conductor.
  • the axial distance between the first rotor side 12 and the stator 20 and between the second rotor side 13 and the stator 20 corresponds to the same distance d.
  • the axial distance d is made very small. Starting from this state it can It may be necessary to weaken the field in the electrical axial flow machine 1 by setting the axial distance d.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the electrical axial flow machine 1 in a second state in a side view.
  • a larger axial distance d is formed between the first rotor side 12 and the stator 20 and between the second rotor side 13 and the stator 20.
  • the two rotor sides 12, 13 were axially displaced synchronously by means of the adjusting device 31, so that both the first rotor side 12 and the second rotor side 13 are axially further spaced from the stator 20.
  • Drive system for a motor vehicle can ensure efficient and optimal operation and an extended speed range in a structurally simple manner.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

The invention relates to an electric axial-flow machine and a drive system for a motor vehicle, more particularly an electric axle or a hybrid module. The electric axial-flow machine (1) comprises a stator (20) and a rotor (10) mounted rotatably about an axis of rotation (3) and positioned at an axial distance relative to the stator (20), wherein, according to the invention, the electric axial-flow machine (1) furthermore comprises an adjusting device (31) for setting the axial distance (d) between the rotor (10) and the stator (20). Efficient and optimal operation and an expanded speed range can be ensured with the electric axial-flow machine according to the invention and the drive system for a motor vehicle in a simple design.

Description

Elektrische Axialflussmaschine und Antriebssvstem Electric axial flux machine and drive system
Die Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine sowie ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug. The invention relates to an electric axial flux machine and a drive system for a motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Axialflussmaschinen sowie Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge mit elektrischen Axialflussmaschinen bekannt. Eine elektrische Axialflussmaschine ist ein Motor oder Generator, bei dem der Magnetfluss zwischen einem Rotor und einem Stator parallel zur Drehachse des Rotors realisiert wird. Andere Bezeichnungen für elektrische Axialflussmaschinen sind auch bürstenloser Gleichstrommotor, permanenterregter Synchronmotor oder Scheibenläufermotor. Electric axial flux machines and drive systems for motor vehicles with electric axial flux machines are known from the prior art. An electric axial flux machine is a motor or generator in which the magnetic flux between a rotor and a stator is implemented parallel to the axis of rotation of the rotor. Other names for electrical axial flux machines are also brushless direct current motors, permanent magnet synchronous motors or pancake motors.
Bei Betrieb einer elektrischen Axialflussmaschine werden Spannungen induziert, deren Stärke mit der Drehzahl des Rotors korreliert. Eine höhere Drehzahl hat eine größere induzierte Spannung zur Folge. When an electrical axial flux machine is operated, voltages are induced, the strength of which correlates with the speed of the rotor. A higher speed results in a higher induced voltage.
Die Spannung, mit der die Maschine angetrieben wird, ist im Allgemeinen nach oben beschränkt. Mit größer werdender induzierter Spannung nimmt die Differenz aus der maximalen Spannung und der induzierten Spannung ab. Diese Differenz ist ein Maß für den maximalen Strom. Der Strom wiederum ist ein Maß für das Drehmoment. Durch diesen Effekt wird der Drehzahlbereich, bei dem noch ein Drehmoment erzeugt werden kann, eingeschränkt. The voltage with which the machine is driven is generally subject to an upper limit. As the induced voltage increases, the difference between the maximum voltage and the induced voltage decreases. This difference is a measure of the maximum current. The current, in turn, is a measure of the torque. This effect restricts the speed range at which torque can still be generated.
Um zu verhindern, dass die induzierte Spannung einen derartigen Einfluss nimmt, wird in der Regel eine Feldschwächung in der elektrischen Axialflussmaschine realisiert. To prevent the induced voltage from exerting such an influence, a field weakening is usually implemented in the electrical axial flux machine.
Bekanntlich wird dazu ein zusätzlicher Strom in die elektrische Axialflussmaschine geführt, wobei dies jedoch zu hohen ohmschen Verlusten führt, was den Wirkungsgrad der elektrischen Axialflussmaschine senkt. As is known, an additional current is fed into the electrical axial flux machine for this purpose, but this leads to high ohmic losses, which lowers the efficiency of the electrical axial flux machine.
Fliervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Axialflussmaschine sowie ein damit ausgestattetes Antriebssystem zur Verfügung zu stellen, die in konstruktiv einfacher Art und Weise einen effizienten und optimalen Betrieb sowie einen erweiterten Drehzahlbereich gewährleisten. Proceeding from this, the present invention is based on the object of providing an electrical axial flow machine and a drive system equipped therewith To provide, which in a structurally simple manner ensure efficient and optimal operation as well as an extended speed range.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Axialflussmaschine sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Ergänzend wird ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine elektrische Achse oder ein Hybridmodul, welches die elektrische Axialflussmaschine aufweist, gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt. The object is achieved by the electrical axial flux machine according to the invention according to claim 1. Advantageous refinements of the electrical axial flow machine are specified in subclaims 2 to 9. In addition, a drive system for a motor vehicle, in particular an electric axle or a hybrid module, which has the electric axial flux machine, is provided according to claim 10.
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen. The features of the claims can be combined in any technically meaningful manner, in which case the explanations from the following description and features from the figures can also be used, which include additional embodiments of the invention.
Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der elektrischen Axialflussmaschine. In the context of the present invention, the terms “axial” and “radial” always relate to the axis of rotation of the electrical axial flow machine.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine, umfassend mindestens einen Stator sowie mindestens einen bezüglich zum Stator in einem axialen Abstand positionierten und um eine Drehachse drehbar angeordneten Rotor. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die elektrische Axialflussmaschine des Weiteren eine Einstelleinrichtung umfasst, um den axialen Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator einzustellen. The invention relates to an electrical axial flux machine, comprising at least one stator and at least one rotor positioned at an axial distance from the stator and rotatably arranged about an axis of rotation. According to the invention it is provided that the electrical axial flux machine furthermore comprises an adjusting device in order to adjust the axial distance between the rotor and the stator.
Die erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine ist insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine. The electrical axial flux machine according to the invention is in particular a permanently excited synchronous machine.
Das heißt, dass die erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine dazu eingerichtet ist, den Luftspalt bzw. den axialen Abstand zwischen Rotor und Stator variabel einzustellen. This means that the electrical axial flow machine according to the invention is set up to variably set the air gap or the axial distance between rotor and stator.
Insbesondere ist eine stufenlose axiale Einsteilbarkeit bevorzugt. In particular, a stepless axial adjustability is preferred.
Dabei kann der Rotor und/oder der Stator axial bewegt werden. ln einer Ausführungsform der elektrischen Axialflussmaschine weist der Rotor mehrere Permanentmagneten auf, wobei der Stator mehrere Wicklungen eines elektrischen Leiters aufweist. Wird der axiale Abstand zwischen Rotorseite und Statorseite bei Betrieb der elektrischen Axialflussmaschine vergrößert, führt dies zu einer geringeren magnetischen Flussdichte im Stator bzw. zu einer Feldschwächung. Dies ermöglicht den Verzicht auf zusätzliche Ströme zur Realisierung einer elektrisch induzierten Feldschwächung, wodurch die mit derartigen Strömen verbundenen ohmschen Verluste vermieden werden können. Außerdem führt die reduzierte Flussdichte im Stator zu reduzierten Hysterese- und Wirbelstromverlusten im Stator. The rotor and / or the stator can be moved axially. In one embodiment of the electric axial flux machine, the rotor has a plurality of permanent magnets, the stator having a plurality of windings of an electrical conductor. If the axial distance between the rotor side and the stator side is increased when the electrical axial flux machine is in operation, this leads to a lower magnetic flux density in the stator or to a field weakening. This makes it possible to dispense with additional currents for realizing an electrically induced field weakening, as a result of which the ohmic losses associated with such currents can be avoided. In addition, the reduced flux density in the stator leads to reduced hysteresis and eddy current losses in the stator.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Einstelleinrichtung dazu eingerichtet, den Rotor und/oder den Stator in der eingestellten axialen Position zu fixieren. According to a further aspect of the invention, the setting device is set up to fix the rotor and / or the stator in the set axial position.
In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform nutzt die Einstelleinrichtung lediglich mechanische Energie zur Realisierung einer Relativ-Bewegung zwischen Rotor und Stator zwecks Einstellung des axialen Abstandes. In a further advantageous embodiment, the adjusting device only uses mechanical energy to realize a relative movement between the rotor and the stator for the purpose of adjusting the axial distance.
Eine derartige Ausgestaltung kann zum Beispiel durch einen Fliehkraftregler realisiert sein. Alternativ oder ergänzend zu einem Fliehkraftregler kann auch eine Reglereinheit vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, den axialen Abstand in Abhängig eines anliegenden Drehmoments zu regeln. Such a configuration can be implemented, for example, by a centrifugal governor. As an alternative or in addition to a centrifugal governor, a governor unit can also be provided which is set up to regulate the axial distance as a function of an applied torque.
In alternativen Ausgestaltungen ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Einstelleinrichtung elektrisch betrieben wird und/oder auch hydraulisch betrieben wird. In alternative configurations, however, it is not excluded that the setting device is operated electrically and / or is also operated hydraulically.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist die Einstelleinrichtung dazu eingerichtet, die Einstellung des axialen Abstandes in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors vorzunehmen. According to a further embodiment, the setting device is set up to set the axial distance as a function of the rotational speed of the rotor.
In einerweiteren Ausführungsform ist die Einstellungseinrichtung dazu eingerichtet, die Einstellung des axialen Abstandes in Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment am Rotor vorzunehmen. Dazu umfasst die Einstelleinrichtung eine Reglereinheit, welche zwecks Einstellung des axialen Abstandes zwischen Rotor und Stator steuerungstechnisch mit dem Rotor der elektrischen Axialflussmaschine gekoppelt ist, so dass das an der Reglereinheit anliegende Drehmoment das Drehmoment des Rotors ist. In a further embodiment, the setting device is set up to set the axial distance as a function of the torque applied to the rotor. For this purpose, the setting device comprises a regulator unit which, for the purpose of setting the axial distance between rotor and stator, is coupled to the rotor of the electrical axial flow machine in terms of control technology, so that the torque applied to the regulator unit is the torque of the rotor.
Dabei kann die Einstelleinrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie lediglich auf Basis der Drehgeschwindigkeit bzw. lediglich auf Basis des Drehmoments die Einstellung des axialen Abstandes vornimmt. In alternativer Ausgestaltungsform geht die Drehgeschwindigkeit und/oder das Drehmoment in eine Steuerung oder auch Regelung der Einstellung des axialen Abstandes ein. The setting device can be designed in such a way that it sets the axial distance solely on the basis of the rotational speed or solely on the basis of the torque. In an alternative embodiment, the rotational speed and / or the torque are included in a control or regulation of the setting of the axial distance.
In einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltungsform weist die Einstelleinrichtung zur Realisierung einer Verstellbewegung zwecks Einstellung des axialen Abstandes wenigstens eine Federeinrichtung auf, gegen oder mit deren Federkraft die Einstelleinrichtung arbeitet. In a structurally advantageous embodiment, the adjusting device has at least one spring device for realizing an adjusting movement for the purpose of adjusting the axial distance, against or with the spring force of which the adjusting device works.
Das bedeutet, dass die Federkonstante der Federeinrichtung in die Kennlinie der von der Einstelleinrichtung bewirkten Arbeit bei der Einstellung des axialen Abstandes eingeht. This means that the spring constant of the spring device is included in the characteristic curve of the work effected by the setting device when setting the axial distance.
Die Federeinrichtung kann dabei eine einzelne Feder sein, oder auch ein Federpaket aus mehreren parallel und/oder in Reihe geschalteten Federn. The spring device can be a single spring or a set of springs made up of several springs connected in parallel and / or in series.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann realisiert, wenn die Einstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors und/ oder in Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment die Einstellung des axialen Abstandes vorzunehmen. In diesem Fall kann zum Beispiel bei einer beabsichtigten Vergrößerung des Luftspaltes bzw. Vergrößerung des Abstandes zwischen Rotor und Stator gegen die Kraft bzw. Federkonstante einer Federeinrichtung gearbeitet werden, sodass die Federkonstante in eine Kennlinie des Bewegungsverhaltens der Einstelleinrichtung eingeht. This refinement is implemented in particular when the setting device is set up to adjust the axial distance as a function of the rotational speed of the rotor and / or as a function of the applied torque. In this case, for example, when the air gap is intended to be enlarged or the distance between the rotor and stator is enlarged, work can be carried out against the force or spring constant of a spring device, so that the spring constant is included in a characteristic curve of the movement behavior of the adjusting device.
Die Federkraft würde dann gegen oder mit einer magnetischen Anziehungskraft zwischen der jeweiligen Rotorseite und der Statorseite wirken. Entsprechend kann die Einstelleinrichtung auch eine Federeinrichtung mit den genannten Wirkungsoptionen aufweisen, wobei keine extra Antriebseinrichtung zur Realisierung einer Verstellbewegung vorhanden ist. The spring force would then act against or with a magnetic force of attraction between the respective rotor side and the stator side. Correspondingly, the setting device can also have a spring device with the above-mentioned action options, with no extra drive device for realizing an adjusting movement being present.
In einer alternativen Ausgestaltung kann anstatt einer Federeinrichtung eine Kolben- Zylinder-Einrichtung vorgesehen sein, so dass anstelle der Federkonstante der Federeinrichtung ein im Zylinder realisierter Druck über den Kolben eine Kraft zur Verfügung stellt, gegen oder mit der die Einstelleinrichtung bei Einstellung des Abstandes arbeitet. Vorteilhaft bei dieser alternativen Ausgestaltung ist, dass im Gegensatz zu einer Federkonstante der Druck im Zylinder regelbar ist, so dass eine zur Abstandseinstellung genutzte Kraft flexibel einstellbar ist. In an alternative embodiment, a piston-cylinder device can be provided instead of a spring device, so that instead of the spring constant of the spring device, a pressure realized in the cylinder provides a force via the piston against or with which the adjusting device works when the distance is set. The advantage of this alternative embodiment is that, in contrast to a spring constant, the pressure in the cylinder can be regulated so that a force used to adjust the distance can be flexibly adjusted.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist axial beidseitig des Stators jeweils eine Rotorseite des Rotors angeordnet, wobei die Einstelleinrichtung dazu eingerichtet ist, wenigstens eine der beiden Rotorseiten in ihrem Abstand in Bezug zum Stator einzustellen und zu fixieren. According to a further embodiment, one rotor side of the rotor is arranged axially on both sides of the stator, the setting device being set up to set and fix at least one of the two rotor sides in their distance in relation to the stator.
Insbesondere kann vorgesehen sein, beide Rotorseiten in jeweils gleichen axialen Abständen einzustellen und zu fixieren. In particular, provision can be made for both rotor sides to be set and fixed at the same axial spacing in each case.
Der Rotor ist in dieser Ausführungsform somit im Wesentlichen aus zwei axial zueinander beabstandeten Rotorseiten ausgebildet. In this embodiment, the rotor is thus essentially formed from two rotor sides which are axially spaced apart from one another.
Eine jeweilige Rotorseite ist dabei Träger von Magneten, insbesondere Permanentmagneten und/oder Spulen. Der Stator ist ebenfalls ein Träger von Magneten und/oder Spulen. A respective rotor side is a carrier of magnets, in particular permanent magnets and / or coils. The stator is also a carrier of magnets and / or coils.
Bei Einsteilbarkeit der Abstände beider Rotorseiten kann die Einstelleinrichtung dazu eingerichtet sein, die Einstellbewegung der beiden Rotorseiten synchron vorzunehmen. If the distances between the two rotor sides can be set, the setting device can be set up to carry out the setting movement of the two rotor sides synchronously.
Dadurch wird ständig ein gleicher Abstand zwischen einer jeweiligen Rotorseite und dem Stator gewährleistet. This ensures that the distance between a respective rotor side and the stator is always the same.
In alternativer Ausführungsform können die Abstände beider Rotorseiten voneinander unabhängig eingestellt werden, so dass die Einstellung zu unterschiedlichen Zeitpunkten, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/ oder mit unterschiedlichen Abständen erfolgt. In an alternative embodiment, the distances between the two rotor sides can be set independently of one another, so that the setting is different Points in time, at different speeds and / or at different intervals.
In einer ergänzenden Ausführungsform sind die beiden Rotorseiten auf einer gemeinsamen Welle axial verschiebbar angeordnet. In a supplementary embodiment, the two rotor sides are arranged axially displaceably on a common shaft.
Dies kann zum Beispiel durch eine Axialverzahnung bzw. Keilwellenverzahnung auf der Welle realisiert sein, die eine axiale Verlagerung der Rotorseiten ermöglicht. This can be implemented, for example, by an axial toothing or splined shaft toothing on the shaft, which enables an axial displacement of the rotor sides.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine elektrische Achse oder ein Hybridmodul, zur Verfügung gestellt, das zumindest eine erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine aufweist. Furthermore, according to the invention, a drive system for a motor vehicle, in particular an electric axle or a hybrid module, is provided which has at least one electric axial flow machine according to the invention.
Das Hybridmodul dient insbesondere zum Ankoppeln einerThe hybrid module is used in particular to couple a
Verbrennungskraftmaschine und umfasst eine Trennkupplung, mit der Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf das Hybridmodul übertragbar ist und mit der das Hybridmodul von der Verbrennungskraftmaschine trennbar ist, sowie eine elektrische Axialflussmaschine zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments. Internal combustion engine and comprises a separating clutch with which torque can be transmitted from the internal combustion engine to the hybrid module and with which the hybrid module can be separated from the internal combustion engine, as well as an electrical axial flux machine for generating a drive torque.
Des Weiteren kann das Hybridmodul gegebenenfalls eine Doppelkupplungsvorrichtung umfassen, mit der Drehmoment von der elektrischen Axialflussmaschine und/ oder von der Trennkupplung auf einen Antriebsstrang übertragbar ist, der zur Kopplung an ein Abtriebselement oder an ein Getriebe vorgesehen ist. Furthermore, the hybrid module can optionally include a double clutch device with which torque can be transmitted from the electric axial flow machine and / or from the separating clutch to a drive train which is provided for coupling to an output element or to a transmission.
Die elektrische Achse umfasst die erfindungsgemäße elektrische Axialflussmaschine und damit gekoppelt ebenfalls ein Getriebe. Die elektrische Achse ist dazu eingerichtet, an ein Abtriebselement, wie zum Beispiel eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, angeschlossen zu werden, und umfasst in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Weiteren integriert eine Leistungselektronik. The electric axis comprises the electric axial flux machine according to the invention and, coupled with it, likewise a transmission. The electric axle is set up to be connected to an output element, such as a drive axle of a motor vehicle, and in an advantageous embodiment also includes integrated power electronics.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in The invention described above is explained in detail below against the relevant technical background with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments. The invention is in no way restricted by the purely schematic drawings, it being noted that the exemplary embodiments shown in the drawings are not restricted to the dimensions shown. It is shown in
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Rotors und eines Stators einer elektrischen Axialflussmaschine in perspektivischer Ansicht, 1: a schematic representation of a rotor and a stator of an electrical axial flow machine in a perspective view,
Fig. 2: eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine, 2: a sectional side view of an electrical axial flow machine according to the invention,
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine in einem ersten Zustand in Seitenansicht und Fig. 4: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen elektrischen3: a schematic representation of an electrical axial flow machine according to the invention in a first state in a side view and FIG. 4: a schematic representation of the electrical according to the invention
Axialflussmaschine gemäß Figur 3 in einem zweiten Zustand in Seitenansicht. Axial flux machine according to Figure 3 in a second state in side view.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Rotors 10 und eines Stators 20 einer elektrischen Axialflussmaschine 1 in perspektivischer Ansicht. 1 is a schematic illustration of a rotor 10 and a stator 20 of an electrical axial flux machine 1 in a perspective view.
Der Rotor 10 umfasst dabei mehrere, um eine Drehachse 3 auf einem Umfang verteilt angeordnete Permanentmagneten 11 , wobei entlang der Umfangsrichtung eine alternierende Reihenfolge an positiv gepolten Permanentmagneten und negativ gepolten Permanentmagneten ausgebildet ist. The rotor 10 comprises a plurality of permanent magnets 11 distributed around an axis of rotation 3 on a circumference, an alternating sequence of positively polarized permanent magnets and negatively polarized permanent magnets being formed along the circumferential direction.
Der Stator 20 umfasst mehrere, am Umfang verteilt angeordnete Zähne 22. The stator 20 comprises a plurality of teeth 22 distributed around the circumference.
Ersichtlich ist hier ein axialer Abstand d zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 20, der ausschlaggebend ist für die Durchdringung des Stators 20 durch das Magnetfeld des Rotors 10. What can be seen here is an axial distance d between the rotor 10 and the stator 20, which is decisive for the penetration of the stator 20 by the magnetic field of the rotor 10.
Fig. 2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine 1. 2 shows a sectional side view of an electrical axial flow machine 1 according to the invention.
Die elektrische Axialflussmaschine 1 umfasst einen Rotor 10 und einen Stator 20 äquivalent zum Rotor 10 und Stator 20 aus Figur 1 , wobei die elektrische Axialflussmaschine 1 weiterhin eine um die Drehachse 3 drehbare Welle 2 und eine Einstelleinrichtung 31 aufweist. The electric axial flux machine 1 comprises a rotor 10 and a stator 20 equivalent to the rotor 10 and stator 20 from FIG. 1, the electric axial flux machine 1 further comprising a shaft 2 rotatable about the axis of rotation 3 and an adjusting device 31.
Der Rotor 10 ist drehfest auf der Welle 2 angeordnet, wobei der Stator 20 koaxial zur Welle 2 positioniert ist. Zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 20 ist dabei der axiale Abstand d realisiert. Der Stator 20 ist von einem topfförmigen Statorträger 30 getragen, wobei die offene axiale Seite der Topfform dem Rotor 10 zugewandt ist. The rotor 10 is arranged non-rotatably on the shaft 2, the stator 20 being positioned coaxially to the shaft 2. The axial distance d is realized between the rotor 10 and the stator 20. The stator 20 is carried by a cup-shaped stator carrier 30, the open axial side of the cup shape facing the rotor 10.
Die Einstelleinrichtung 31 ist mit dem Statorträger 30 derart verbunden, dass die Einstelleinrichtung 31 die axiale Position des Statorträgers 30 und damit die axiale Position des Stators 20 einstellen und fixieren kann. Die Einstelleinrichtung 31 ist entsprechend dazu eingerichtet, den axialen Abstand d zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 20 einzustellen. The setting device 31 is connected to the stator carrier 30 in such a way that the setting device 31 can set and fix the axial position of the stator carrier 30 and thus the axial position of the stator 20. The setting device 31 is set up accordingly to set the axial distance d between the rotor 10 and the stator 20.
Die Einstelleinrichtung 31 kann dabei elektrisch oder hydraulisch betreibbar sein oder auch lediglich mechanische Energie zur Realisierung einer axialen Relativ-Bewegung zwischen Rotor 10 und Stator 20 nutzen. Eine Eingangsgröße, in Abhängigkeit derer die Einstelleinrichtung 31 den axialen Abstand d einstellt, kann die Drehzahl des Rotors 10 und/oder das am Rotor 10 anliegende Drehmoment sein. The setting device 31 can be operated electrically or hydraulically, or it can only use mechanical energy for realizing an axial relative movement between the rotor 10 and the stator 20. An input variable, as a function of which the setting device 31 sets the axial distance d, can be the speed of the rotor 10 and / or the torque applied to the rotor 10.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine 1 in einem ersten Zustand in Seitenansicht gezeigt. FIG. 3 shows a schematic illustration of an electrical axial flow machine 1 according to the invention in a first state in a side view.
Die elektrische Axialflussmaschine 1 umfasst einen Rotor 10, einen Stator 20 sowie eine Welle 2, wobei der Rotor 10 aus zwei axial zueinander beabstandeten Rotorseiten 12, 13 ausgebildet ist und axial beidseitig des Stators 20 jeweils eine Rotorseite 12, 13 des Rotors 10 angeordnet ist. The electric axial flux machine 1 comprises a rotor 10, a stator 20 and a shaft 2, the rotor 10 being formed from two axially spaced apart rotor sides 12, 13 and a rotor side 12, 13 of the rotor 10 being arranged axially on both sides of the stator 20.
Die erste Rotorseite 12 und die zweite Rotorseite 13 sind drehfest auf der Welle 2 angeordnet und drehen um eine gemeinsame Drehachse 3 der elektrischen Axialflussmaschine 1. Der Stator 20 ist dabei koaxial zu der Drehachse 3 bzw. den Rotorseiten 12, 13 angeordnet. The first rotor side 12 and the second rotor side 13 are non-rotatably arranged on the shaft 2 and rotate about a common axis of rotation 3 of the electrical axial flow machine 1. The stator 20 is arranged coaxially to the axis of rotation 3 or the rotor sides 12, 13.
Die beiden Rotorseiten 12, 13 tragen dabei jeweils an deren radial äußeren Bereichen an einer jeweiligen dem Stator 20 zugewandten axialen Seite Permanentmagnete 11 , wobei der Stator 20 mehrere Wicklungen 21 eines elektrischen Leiters aufweist. The two rotor sides 12, 13 each carry permanent magnets 11 in their radially outer regions on a respective axial side facing the stator 20, the stator 20 having a plurality of windings 21 of an electrical conductor.
Der axiale Abstand zwischen der ersten Rotorseite 12 und dem Stator 20 sowie zwischen der zweiten Rotorseite 13 und dem Stator 20 entspricht dabei einem gleichen Abstand d. The axial distance between the first rotor side 12 and the stator 20 and between the second rotor side 13 and the stator 20 corresponds to the same distance d.
Im in Figur 3 dargestellten ersten Zustand der elektrischen Axialflussmaschine 1 ist der axiale Abstand d sehr klein ausgeführt. Ausgehend von diesem Zustand kann es notwendig sein, eine Feldschwächung in der elektrischen Axialflussmaschine 1 durch Einstellung des axialen Abstandes d zu realisieren. In the first state of the electrical axial flow machine 1 shown in FIG. 3, the axial distance d is made very small. Starting from this state it can It may be necessary to weaken the field in the electrical axial flow machine 1 by setting the axial distance d.
Ergänzend zu Figur 3 ist in Fig. 4 eine schematische Darstellung der elektrischen Axialflussmaschine 1 in einem zweiten Zustand in Seitenansicht gezeigt. In addition to FIG. 3, FIG. 4 shows a schematic illustration of the electrical axial flow machine 1 in a second state in a side view.
Gegenüber dem ersten Zustand gemäß Figur 3 ist im zweiten Zustand gemäß Figur 4 ein größerer axialer Abstand d zwischen der ersten Rotorseite 12 und dem Stator 20 sowie zwischen der zweiten Rotorseite 13 und dem Stator 20 ausgebildet. Compared to the first state according to FIG. 3, in the second state according to FIG. 4 a larger axial distance d is formed between the first rotor side 12 and the stator 20 and between the second rotor side 13 and the stator 20.
Die beiden Rotorseiten 12, 13 wurden dazu mittels der Einstelleinrichtung 31 synchron axial verschoben, so dass sowohl die erste Rotorseite 12 als auch die zweite Rotorseite 13 axial weiter vom Stator 20 beabstandet sind. For this purpose, the two rotor sides 12, 13 were axially displaced synchronously by means of the adjusting device 31, so that both the first rotor side 12 and the second rotor side 13 are axially further spaced from the stator 20.
Durch den hier größeren axialen Abstand d verringert sich die bei Betrieb der Axialflussmaschine 1 das wirksame magnetische Feld. Mit der erfindungsgemäßen elektrischen Axialflussmaschine sowie demAs a result of the greater axial distance d here, the magnetic field that is effective during operation of the axial flux machine 1 is reduced. With the electrical axial flow machine according to the invention and the
Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug lässt sich in konstruktiv einfacher Art und Weise ein effizienter und optimaler Betrieb sowie ein erweiterter Drehzahlbereich gewährleisten. Drive system for a motor vehicle can ensure efficient and optimal operation and an extended speed range in a structurally simple manner.
Bezuqszeichenliste Reference list
1 elektrische Axialflussmaschine 1 electric axial flow machine
2 Welle 3 Drehachse 2 shaft 3 axis of rotation
10 Rotor 10 rotor
11 Permanentmagnet 11 permanent magnet
12 erste Rotorseite 13 zweite Rotorseite 12 first rotor side 13 second rotor side
20 Stator 20 stator
21 Wicklung 21 winding
22 Zähne 22 teeth
30 Statorträger 30 stator carriers
31 Einstelleinrichtung d axialer Abstand 31 adjusting device d axial distance

Claims

Patentansprüche Claims
1. Elektrische Axialflussmaschine (1 ), umfassend einen Stator (20) sowie einen bezüglich zum Stator (20) in einem axialen Abstand positionierten und um eine Drehachse (3) drehbar angeordneten Rotor (10), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Axialflussmaschine (1) des Weiteren eine Einstelleinrichtung (31) umfasst, um den axialen Abstand (d) zwischen dem Rotor (10) und dem Stator (20) einzustellen. 1. Electric axial flux machine (1), comprising a stator (20) and a rotor (10) positioned at an axial distance from the stator (20) and rotatably arranged about an axis of rotation (3), characterized in that the electric axial flux machine (1 ) further comprises an adjusting device (31) in order to adjust the axial distance (d) between the rotor (10) and the stator (20).
2. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (31) dazu eingerichtet ist, den Rotor (10) und/oder den Stator (20) in der eingestellten axialen Position zu fixieren. 2. Electric axial flux machine (1) according to claim 1, characterized in that the adjusting device (31) is set up to fix the rotor (10) and / or the stator (20) in the set axial position.
3. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (31) lediglich mechanische Energie nutzt zur Realisierung einer Relativ-Bewegung zwischen Rotor (10) und Stator (20) zwecks Einstellung des axialen Abstandes (d). 3. Electric axial flux machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device (31) only uses mechanical energy to realize a relative movement between the rotor (10) and stator (20) for the purpose of adjusting the axial distance (d) .
4. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (31) dazu eingerichtet ist, die Einstellung des axialen Abstandes (d) in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Rotors (10) vorzunehmen. 4. Electric axial flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device (31) is set up to adjust the axial distance (d) as a function of the rotational speed of the rotor (10).
5. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellungseinrichtung (31) dazu eingerichtet ist, die Einstellung des axialen Abstandes (d) in Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment am Rotor (10) vorzunehmen. 5. Electric axial flux machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the setting device (31) is set up to adjust the axial distance (d) as a function of the torque applied to the rotor (10).
6. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (31) zur Realisierung einer Verstellbewegung zwecks Einstellung des axialen Abstandes wenigstens eine Federeinrichtung aufweist, gegen oder mit deren Federkraft die Einstelleinrichtung arbeitet. 6. Electric axial flow machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device (31) for realizing an adjusting movement for the purpose of adjusting the axial distance is at least one Has spring device, against or with the spring force of which the adjusting device works.
7. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass axial beidseitig des Stators (20) jeweils eine7. Electric axial flux machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that axially on both sides of the stator (20) each one
Rotorseite (12, 13) des Rotors (10) angeordnet ist, wobei die Einstelleinrichtung (31) dazu eingerichtet ist, wenigstens eine der beiden Rotorseiten (12, 13) in ihrem Abstand (d), insbesondere in jeweils gleichen axialen Abständen (d), in Bezug zum Stator (20) einzustellen und zu fixieren. Rotor side (12, 13) of the rotor (10) is arranged, the adjusting device (31) being set up to adjust at least one of the two rotor sides (12, 13) at its distance (d), in particular at the same axial distances (d) in each case. , to be adjusted and fixed in relation to the stator (20).
8. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (31) dazu eingerichtet ist, die Einsteil-Bewegung der beiden Rotorseiten (12, 13) synchron vorzunehmen. 8. Electric axial flow machine (1) according to claim 7, characterized in that the adjusting device (31) is set up to carry out the adjusting movement of the two rotor sides (12, 13) synchronously.
9. Elektrische Axialflussmaschine (1 ) nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotorseiten (12, 13) auf einer gemeinsamen Welle (2) axial verschiebbar angeordnet sind. 9. Electric axial flow machine (1) according to one of claims 7 and 8, characterized in that the two rotor sides (12, 13) are arranged axially displaceably on a common shaft (2).
10. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere elektrische Achse oder Flybridmodul, umfassend zumindest eine elektrische Axialflussmaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9. 10. Drive system for a motor vehicle, in particular an electric axle or flybridge module, comprising at least one electric axial flux machine (1) according to one of claims 1 to 9.
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