WO2018197272A1 - Elektrische maschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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ring
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Bayerische Motoren Werke AG
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Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an electrical machine in particular for a motor vehicle, can already be taken as known from DE 10 2013 1 12 625 A1, for example.
  • the electric machine has a stator which comprises at least a first magnet and at least one second magnet.
  • the electric machine comprises a rotor, which by means of the stator, in particular by means of the magnets, driven and thereby rotatable about an axis of rotation relative to the stator.
  • Object of the present invention is to further develop an electrical machine of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous operation of the electric machine can be realized.
  • the electric machine according to the invention in particular for a motor vehicle such as a motor vehicle, comprises a stator which has at least one first magnet and at least one second magnet.
  • the electric machine comprises a rotatable about an axis of rotation relative to the stator rotor which by means of the stator, in particular by means of the magnets, driven and thereby rotatable about the axis of rotation relative to the stator.
  • the first magnet is held on a first ring and the second magnet on a second ring.
  • the second ring in the axial direction of the electric machine follows the first ring.
  • the magnets in the axial direction of the electric machine are arranged one behind the other or successively.
  • the second ring is rotatable together with the second magnet about the axis of rotation relative to the first ring and the first magnet.
  • the rings are rotatable relative to each other about the axis of rotation, so that - since the magnets are held or fixed to the rings - the magnets are rotatable about the axis of rotation relative to each other.
  • Magnets are adjusted as needed, so that a particularly advantageous and more efficient and effective and needs-based operation of the electrical machine can be displayed.
  • the magnets are positioned as needed relative to each other in the circumferential direction of the electric machine, which, for example, a bewirkbares by the magnet
  • Magnetic field in particular its course, particularly influence demand.
  • an advantageous and efficient and effective operation of the electric machine can be realized.
  • the electric machine comprises an adjusting device, by means of which the rings and thus the magnets are rotatable about the axis of rotation relative to each other.
  • the adjusting device is preferably designed as an electrically operable actuating device.
  • at least one of the rings is rotatable about the axis of rotation relative to the rotor and / or relative to a housing in which the stator and the rotor are respectively at least partially received, while for example the other ring is rotatable relative to the housing is rotationally fixed and thus can not be rotated about the axis of rotation relative to the housing.
  • both rings are rotatable about the axis of rotation relative to the housing and relative to the rotor, whereby the magnets can be adjusted in terms of their position particularly needs.
  • the adjusting device comprises a first adjusting element, by means of which the first ring is rotatable about the axis of rotation relative to the housing.
  • the adjusting device preferably comprises a second adjusting element, by means of which, for example, the second ring is rotatable about the axis of rotation relative to the housing.
  • the electric machine is preferably designed as an internal rotor machine, so that the rotor is at least partially disposed in the stator.
  • stator at least a length range of the rotor in the radial direction the electrical machine to the outside, so that the magnets are formed, for example, as external magnets.
  • the magnets are as respective
  • Electromagnets formed whereby a particularly advantageous and in particular needs-based operation of the electric machine can be realized.
  • the electric machine is operable in a motor operation and thus as an electric motor.
  • the electric machine provides torques via the rotor, by means of which, for example, at least one wheel of the
  • Motor vehicle is driven.
  • the electric machine can be operated, for example, in a generator mode and thus as a generator.
  • the rotor is driven, for example by means of kinetic energy of the moving motor vehicle, so that by means of the generator kinetic or mechanical energy is converted into electrical energy which is provided by the generator.
  • the electromagnets can be controlled individually or separately electrically.
  • the electromagnets are controlled independently of each other and / or each other differently, so that, for example, to one of
  • a first electrical voltage is applied to the electromagnet and a second electrical voltage different from the first electrical voltage is applied to the other electromagnet and / or so that electrical current flows with a first current through a first of the electromagnets, while electric current is different from one of the first current intensity second current through the second
  • Electromagnet flows.
  • the electrical voltages of 0 are preferably different and / or the current strengths are different from 0.
  • one of the electrical voltages or one of the current strengths of 0 is different, while, for example, the other electrical voltage or the other current strength is 0.
  • the respective field is, for example, a magnetic field caused by the respective magnet whose River can be adjusted as needed.
  • the number of magnets and their size can be variable and adjusted as needed.
  • the electric machine has at least one first operating state, in which a supply of the
  • Electromagnet with alternating current takes place. As a result, a particularly advantageous operation can be realized.
  • a further embodiment is characterized in that the electric machine has at least one second operating state in which a supply of the electromagnets takes place with direct current.
  • the electric machine has at least one second operating state in which a supply of the electromagnets takes place with direct current.
  • the rotor can by corresponding electric
  • Activation of the magnets are particularly fast and demand-driven and selectively braked to be able to decelerate, for example, as a result, the motor vehicle overall advantageous.
  • a plurality of first are on the first ring
  • first magnets held on the first ring and at least three second magnets held on the second ring are provided, the first magnets and / or the second magnets being arranged uniformly spaced from one another in the circumferential direction of the respective ring are.
  • first and second magnets have the same distance from one another in pairs in the circumferential direction of the respective ring. If, for example, exactly three magnets are held on the respective ring, then the magnets have in pairs a spacing of 120 degrees running in the circumferential direction of the respective ring. In other words, the magnets are offset, for example, in the circumferential direction of the respective ring by 120 degrees arranged to each other, whereby a particularly advantageous operation can be displayed.
  • the rotor comprises at least one shaft rotatable relative to the stator about the axis of rotation and at least indirectly connected to the shaft and rotatable with the shaft coil which can be supplied with electric current.
  • the coil is at least indirectly rotatably connected to the shaft.
  • the rotor has at least one carrier, which is also referred to as a carrier element.
  • the carrier is, for example, non-rotatably connected to the shaft and thus rotatable with the shaft about the axis of rotation.
  • the coil is, for example, at least indirectly, in particular directly, held on the carrier. In this case, the coil is wound around at least a portion of the carrier, for example.
  • the rolling bearing device has a first rolling element row, which has a first rolling element ring with a plurality of first rolling elements following one another in the circumferential direction of the shaft, a second rolling element ring following in the axial direction of the shaft on the first rolling element ring with a plurality of circumferentially of the shaft
  • the first bearing ring element forms a first raceway for the first rolling elements and a second raceway for the second rolling elements. This means that the rolling elements, which are formed separately from one another and follow one another in the circumferential direction of the shaft, can roll off or roll off on the respective associated raceway.
  • the rolling bearing device further comprises a second row of rolling elements, which has a third WälzSystemring with a plurality of in the first WälzSystemring in the radial direction of the shaft inwardly at least partially overlapping third
  • Circumferential direction of the shaft consecutive and separate from each other
  • trained fourth rolling elements can pass on the fourth career
  • the rolling bearing device further comprises at least one in the radial direction between the rows of rolling elements, in particular between the bearing ring elements, arranged insulating element, by means of which the rows of rolling elements are electrically isolated from each other.
  • the first row of rolling elements is electrically insulated from the second row of rolling elements by means of the insulating element.
  • the supply of the coil also referred to as a winding
  • the supply of the coil is carried out with electric current such that the electric current flows via one of the rows of rolling elements to the coil and flows away from the coil via the other row of rolling elements.
  • the electric current with which the coil is supplied for example, provided by a power source.
  • the electric current provided by the power source flows from the current source through the one row of rolling elements to the coil and through the coil in said operating state. Subsequently, for example, the electric current flows from the coil and thereby from the coil via the other row of rolling elements to the current source or to the mass of the electrical machines, whereby, for example, a circuit is closed.
  • the electrical current for example, the coil is supplied via the aforementioned carrier and / or that the electric current flows from the coil via the carrier.
  • the first WälzSystemring and the third WälzSystemring are arranged in a first longitudinal region of the rolling bearing device, wherein the first length range in the radial direction to the outside without coverage to the coil and / or the rotatably connected to the shaft carrier, on which the coil is held, is arranged.
  • the first Wälz stressesring and the third Wälz stressesring are not covered in the radial direction outwardly by the coil or not by the carrier.
  • the second Wälz analysesring and the fourth Wälz analysesring are arranged for example in a following in the axial direction of the shaft to the first length range second length range of the rolling bearing device, wherein the second length range is covered in the radial direction outwardly through the coil and / or by the carrier.
  • the rotor is rotatably mounted on the stator via at least one in the axial direction of the shaft to the rolling bearing device following and spaced from the rolling bearing second rolling bearing device.
  • the second rolling bearing device has a third row of rolling elements, which has a fifth WälzEffring with a plurality of circumferentially of the shaft
  • the supply of the coil with electric current is such that the electric current via the third row of rolling elements to the coil hin- or flows from the coil.
  • FIG. 1 Showing: a schematic perspective view of an electric machine according to the invention according to a first embodiment, with a stator and with a rotatable about an axis of rotation relative to the stator rotor, wherein the stator has a plurality of successive in the axial direction of the electric machine rings, each holding a plurality of magnets are, and wherein the rings with the respective magnets are rotatable relative to each other about the axis of rotation; a schematic perspective view of the electrical machine according to the first embodiment; a schematic representation of a multi-control panels for the magnet formed as an outer magnet of the electric machine; a schematic longitudinal sectional view of the
  • Rolling bearing which for the electrical machine according to the second Embodiment and according to the third embodiment is used.
  • Fig. 1 shows a schematic perspective view of a first embodiment of a generally designated 1 electrical machine, which can be used for example in a drive train of a motor vehicle, in particular a motor vehicle such as a passenger car.
  • the electric machine 1 can be used as a traction machine, by means of which at least one wheel of the motor vehicle and thus in particular the
  • Total motor vehicle can be driven electrically.
  • the electric machine 1 in a motor operation and thus operable as an electric motor.
  • the electric machine 1 can be operated in a generator mode and thus as a generator.
  • the electric machine 1 has a stator 2.
  • the stator 2 includes a plurality of first magnets 3, a plurality of second magnets 4, a plurality of third magnets 5, a plurality of fourth magnets 6 and a plurality of fifth magnets 7.
  • the electric machine 1 includes a particularly good one of FIG 2 recognizable rotor 8, which is rotatable about an axis of rotation relative to the stator 2.
  • the rotor 8 by means of the magnets 3, 4, 5, 6 and 7 and thus by means of the stator 2 driven and thereby rotatable about the axis of rotation.
  • the stator 2 and the rotor 8 are each at least partially, in particular at least predominantly or completely, in what is also referred to as a jacket
  • Housing 9 are received, so that the stator 2 and the rotor 8 in the radial direction of the electric machine 1 to the outside at least partially, in particular at least predominantly or completely, are covered by the housing 9.
  • the rotor 8 is rotatable about the axis of rotation relative to the housing 9.
  • the rotor 8 comprises a plurality of successively arranged in the axial direction or successively arranged rings 10a-e, wherein the ring 10a the first magnet 3, the ring 10b the second Magnets 4, the ring 10c, the third magnet 5, the ring 10d the fourth magnet 6 and the ring 10e the fifth magnet 7 is assigned.
  • the magnets 3 are on held or fixed to the first ring 10a, while the magnets 4 are held on the ring 10b, the magnets 5 on the ring 10c, the magnets 6 on the ring 10d, and the magnets 7 on the ring 10e.
  • the respective ring 10a-e is rotatable relative to the housing 9 with the respective magnets 3, 4, 5, 6 or 7 held on the respective ring 10a-e, so that the rings 10a-e with the magnets 3 , 4, 5, 6 and 7 are rotatable about the axis of rotation relative to each other about the axis of rotation.
  • the respective magnets 3, 4, 5, 6 and 7 are arranged radially, that is to say in the circumferential direction of the respective ring 10a-e, successively or one behind the other, and are spaced apart from one another. It is preferably provided that the respective magnets 3, 4, 5, 6 and 7 are arranged distributed uniformly in the circumferential direction of the respective ring 10a-e, so that the magnets 3, 4, 5, 6 and 7 in circumferential direction about the axis of rotation of the respective ring 10a-d in pairs have the same distance from each other. is
  • the number of magnets 3, 4, 5, 6 or 7 exactly three, the respective magnets 3, 4, 5, 6 and 7, for example, at an angle of 120 degrees to each other, in particular in the circumferential direction of the respective ring 10a-e so that all three magnets 3, 4, 5, 6 and 7 have the same distance from each other.
  • the aforementioned circumferential direction coincides with a direction of rotation, in which the rotor 8 rotates relative to the stator 2 during at least one operation of the electric machine 1.
  • the magnets 3, 4, 5, 6 and 7 are formed as respective electromagnets and thereby individually or separately electrically actuated.
  • the electromagnets can be arranged, for example, as a block or individually staggered and individually controlled electrically, so that a particularly needs-based operation of the electric machine 1 can be displayed.
  • Electromagnet to provide electrical energy while at least one other of the electromagnet is switched off and therefore not supplied with electrical energy.
  • a particularly fast start can be realized be so that the rotor 8 can be brought to a particularly high speed very fast. If the rotor 8 has the rotational speed, then a particularly efficient operation of the electric machine 1 can then be realized, wherein the rotor 8 can be kept energy-favorable at said rotational speed.
  • each electromagnet is assigned its own power source, so that each of the electromagnets can be controlled individually or as a block with other electromagnets.
  • each toothing 1 1 a-e a gear 12a-e is provided, wherein the respective gear 12a-e meshes with the respectively associated toothing 1 1 a-e.
  • each toothing 1 1 a-e and thus each ring 10a-e three gears 12a-e are provided.
  • the respective toothed wheel 12a-e is rotatable about a second axis of rotation, also referred to as a secondary axis of rotation, in particular relative to the housing 9, wherein the secondary axis of rotation in the radial direction of the electric machine 1 is spaced from the first axis of rotation, also referred to as the main axis of rotation.
  • Secondary axis of rotation can be rotated relative to each other. This can
  • At least one of the rings 10a-e are rotated about the main axis of rotation, while at least one other of the rings 10a-e is not rotated about the main axis of rotation.
  • a frame 13 which comprises bearing discs 14.
  • the bearing discs 14 are arranged spaced from each other in the axial direction of the electric machine 1 and connected to each other via bearing shafts 15 of the frame 13.
  • the gears 12a-e are rotatable on the bearing axes 15th stored and can thus be rotated about the respective secondary rotation axis relative to the respective bearing axis 15.
  • Fig. 5 it can be seen that preferably the
  • the electrical machine 1 is designed as an internal rotor machine.
  • the rotor 8 is at least partially, in particular at least predominantly, arranged in the stator 2, so that the rotor 8 in the radial direction of the electric machine 1 to the outside at least partially, in particular at least predominantly or completely, is covered by the stator 2 .
  • the magnets 3, 4, 5, 6 and 7 are formed as external magnets.
  • the rotational speed of the rotor 8 can be set particularly advantageously, in particular controlled or regulated.
  • a pulse control is possible.
  • a plurality of current sources are used to supply each outer magnet individually with electrical energy and / or to connect current controllable with at least one respective semiconductor or to realize a pulse control.
  • the outer magnets are, for example, chronologically or evenly distributed around the rotor 8 in order to realize the largest possible force or torque as possible to start and in particular acceleration of the rotor 8 can.
  • the outer magnets are then adjusted in their position, for example, so that, for example, the outer magnets are perpendicular or parallel to the axial direction or to the
  • the outer magnets are arranged, for example, such that they form parallel to the axis of rotation extending rows or staggered arrangements.
  • the size and number of external magnets is variable and at least almost unlimited.
  • the rotor 8 comprises a shaft 16 and a carrier 17, which is also referred to as a carrier element or wing.
  • the carrier 17, in particular via a toothed element 46, rotatably connected to the shaft 16, so that the carrier 17 is rotatable with the shaft 16 about the main axis of rotation.
  • the toothed element 46 is, for example, non-rotatably connected to the shaft 16, wherein the toothed element 46 may be integrally formed with the shaft 16.
  • the carrier 17 cooperates with the toothing element 46 in a form-fitting manner, so that the carrier 17 is non-rotatably connected to the shaft 16 via the toothed element 46.
  • the rotor 8 has at least one coil, not visible in the figures, which can be supplied with electric current or electrical energy. By supplying the coil with electric power, electric current flows through the coil.
  • the coil is at least indirectly, in particular directly, held on the carrier 17 and thus via the carrier 17, in particular rotationally fixed, connected to the shaft 16, so that the coil with the shaft 16 about the main axis of rotation relative to the housing 9 is rotatable.
  • the coil is wound around at least one length region of the carrier 17 and thereby held on the carrier 17, so that the coil with the carrier 17 is rotatable about the main axis of rotation relative to the housing 9.
  • Fig. 3 shows a multi-control panel for the outer magnet.
  • the supply of the coil with electric current will be explained below with reference to FIG. 4.
  • the coil and the carrier 17 are or form, for example, a core of the electric machine. 1
  • the carrier 17 and the coil form a second one
  • Electromagnet which - as the electric machine 1 is designed as an internal rotor machine - forms an inner magnet and - at least provides a second magnetic field - in particular by supplying the second electromagnet with electrical energy.
  • at least two voltage or current sources are provided, are supplied by means of a first of the voltage or current sources, the outer magnet and by means of the second voltage or current source of the inner magnet with electrical energy or electrical current, the outer magnet and the inner magnet thus provide respective , in particular at least two, magnetic fields ready, wherein by the Exposure of both fields, in particular by voltage and magnetic field, the speed of the rotor 8 can be adjusted as needed.
  • the housing 9, which is also referred to as a jacket or sheathing, is formed, for example, from ebonite and / or hard rubber. Further materials for the sheathing are, for example, glass or wood.
  • the rotor 8 is mounted rotatably on the stator 2, in particular on the bearing disks 14, via a roller bearing designated as a whole by 18.
  • the roller bearing 18 comprises a first roller bearing device 19, which has a first row of rolling elements 20.
  • the first row of rolling elements 20 comprises a first
  • the first row of rolling elements 20 comprises a second Wälz Eisenring 23 following in the axial direction of the shaft 16 on the first Wälzoasaring 21 with a plurality of circumferentially of the shaft 16 successive and separately formed from each other second rolling elements 24, which are formed for example as balls.
  • the first row of rolling elements 20 has a first bearing ring element 25, which forms a first raceway 26 for the first rolling elements 22 and a second raceway 27 for the second rolling elements 24.
  • the bearing ring element 25 is, for example, an inner ring or a bearing inner ring.
  • the first rolling bearing device 19 also comprises a second row of rolling elements 28, which has a third WälzSystemring 29 at least partially, in particular at least predominantly or completely, the first WälzSystemring 21 in the radial direction of the shaft 16 with a plurality of successively in the circumferential direction of the shaft third rolling elements 30, which are formed, for example, as balls.
  • the second row of rolling elements 28 has a shaft 16 in the axial direction of the third WälzSystemring following and the second Wälz stressesring 23 in the radial direction of the shaft 16 inwardly at least partially, in particular at least predominantly or completely, fourth overlapping
  • the second row of rolling elements 28 comprises a shaft 16 in the radial direction between the first bearing ring element 25 and the third rolling elements 30 and between the first bearing ring element 25 and the fourth Rolling elements 32 arranged second bearing ring element 33, which form a third track 34 for the third rolling elements 30 and a fourth track 35 for the fourth rolling elements 32.
  • the bearing ring element 33 is formed as an outer ring.
  • the raceways 26 and 27 or 34 and 35 are, for example, by separately formed and consecutive in the axial direction as well
  • spaced-apart ring elements or formed by a one-piece ring element.
  • the first rolling bearing device 19 comprises at least one in the radial direction between the rows of rolling elements 20 and 28, in particular between the
  • Bearing ring elements 25 and 33 arranged insulating element 36, by means of which the rows of rolling elements 20 and 28, in particular the bearing ring elements 25 and 33, are electrically isolated from each other.
  • the electric current is supplied to the coil such that the electric current flows, for example via the rolling element row 20, in particular via the bearing ring element 25 and the rolling elements 24, to the coil and via the row of rolling elements 28, in particular via the rolling elements 32 and the bearing ring element 33, flows from the coil.
  • the row of rolling elements 20 with a positive electrical pole and the
  • Rolling element 28 connected to a negative electrical pole or to a mass of the electric machine 1.
  • the electric current flows from the row of rolling elements 20 to and in particular through the carrier 17 and via this to the coil. It is preferable
  • the carrier 17 is electrically isolated from the shaft 16.
  • an electrical insulation layer is arranged in the radial direction between the carrier 17 and the toothed element 46, so that the carrier 17 is electrically connected to the carrier
  • the electric current can then flow through the coil and flows, for example, from the coil via the shaft 16 to the row of rolling elements 28 and from the row of rolling elements 28 to the negative pole or to the ground.
  • the rolling bearing 18 has a second
  • Rolling bearing device 37 via which the rotor 8 is rotatably mounted on the stator 2, in particular on the bearing plates 14.
  • the second rolling bearing device 37 is in the axial direction of the shaft 16 of the first rolling bearing 19th spaced and has a third row of rolling elements 38, which has a fifth
  • the electric current is supplied to the coil such that the electric current flows out of the coil via the third row of rolling elements 38 and / or the fifth rolling element ring 39.
  • the electric current flows from the coil to the and in particular through the WälzConsequentlysch 38 and the WälzMechring 39 and from there via the shaft 16 to the and in particular by the Wälz stresses whatsoever 28 and from there to the negative pole
  • the electric machine 1 has at least one second operating state, in which the supply of the electric current to the coil is reversed compared to the first operating state.
  • the electric current flows, in particular from the current source, to and in particular through the row of rolling elements 28 and from the row of rolling elements 28 to and in particular through the shaft 16.
  • the shaft 16 then flows the electric current to and in particular through the row of rolling elements 38 or to which and in particular by the Wälz stressesring 39, then flows from the then the electric current, in particular for example via the carrier 17, to the and in particular through the coil.
  • the electric current then flows through the coil and from the coil to and through the coil
  • Rolling element row 20 from which the electric current then flows, for example, to the negative pole.
  • Such a flow direction of the electric current can thus be changed depending on the operating state and changes in particular several times per second, for example when an alternating voltage is applied to the coil, so that the coil is supplied with alternating current.
  • an electrical voltage in particular an electrical alternating voltage or a direct electrical voltage, is applied to the coil.
  • the electrical voltage is applied to the side at which the rolling bearing device 19 is located. On the opposite side is the rolling bearing 37.
  • FIG. 6 shows a schematic side view of a second embodiment of the electric machine 1.
  • two modules 41 and 42 of the electric machine 1 are in the axial direction of the electric machine 1
  • the respective module 41 or 42, in particular the module 42 is designed, for example, like the electric machine 1 according to the first embodiment.
  • the structure of the module 42 corresponds to the structure of the electric machine 1 according to the first embodiment.
  • the module 41 has differences compared to the electric machine 1 according to the first embodiment, which will be discussed in connection with FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 7 shows a third embodiment of the electric machine 1.
  • the electric machine 1 comprises the modules 41 and 42 and 43, which are arranged one behind the other and connected in series, the modules 41, 42 and 43 being arranged successively in the axial direction and being connected electrically in series with one another.
  • the modules 41 and 43 have the same structure, which is discussed in more detail in the context of the description of FIGS. 9 and 10.
  • Fig. 8 shows a detail of a schematic longitudinal sectional view of the second
  • FIG. 9 shows the roller bearing 18 used in the first embodiment as well as the respective module 42 of the second and third embodiments.
  • a third roller bearing device 44 is used, the structure of the structure of the
  • Rolling bearing device 19 corresponds.
  • the reason for this is that, in comparison with the first embodiment in which, for example, the electric current flows from the shaft 16 to the coil only via the rolling bearing device 37 or vice versa, in the second and third embodiments, the electric current is supplied through the rolling bearing device 44, for example from the coil of the module 41 to the coil of the module 42 or from the coil of the module 43 to the coil of the module 41st
  • Rolling bearing device 19 explained, the current from the coil of the module 41 to the coil of the module 42 or from the coil of the module 43 to the coil of the module 41 or vice versa from the coil of the module 42 to the coil of the module in an analogous manner via the rolling bearing device 44 41 or be transferred from the coil of the module 41 to the coil of the module 43.
  • the frame 13 is designed, for example, as a stable metal frame.
  • a cable drag for the movable outer magnet is, for example, attached to the housing 9, also referred to as the outer housing, so that respective cables of the cable tow are not clamped.
  • the carrier 17 is preferably formed as a wing and thereby has respective wing elements 45 which, for example, at least in
  • the wing elements 45 are formed, for example, such that they generate a self-cooling and especially when the rotor 8 is rotated about the main axis of rotation, promote air as cooling air or cooling air flow, by means of which the electric machine 1 can be cooled. In particular, it is conceivable to line up the several modules and to couple them to the shaft 16.
  • the insulating member 36 is formed as a semiconductor or insulator.
  • An intelligent control system can control the outer magnets and their fields and thus fine-tune them. Furthermore, an intelligent
  • first rolling bearing device first rolling element row first rolling element ring first rolling element second rolling element ring second rolling element first bearing ring element first career

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), mit einem Stator (2), welcher wenigstens einen ersten Magneten (3) und wenigstens einen zweiten Magneten (4) aufweist, und mit einem mittels der Magneten (3, 4) antreibbaren Rotor (8), welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator (2) drehbar ist, wobei der erste Magnet (3) an einem ersten Ring (10a) und der zweite Magnet (4) an einem in axialer Richtung der elektrischen Maschine (1) auf den ersten Ring (10a) folgenden zweiten Ring (10b) gehalten ist, welcher zusammen mit dem zweiten Magneten (4) um die Drehachse relativ zu dem ersten Ring (10a) und dem ersten Magneten (3) drehbar ist.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Eine solche elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits der DE 10 2013 1 12 625 A1 als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Maschine weist einen Stator auf, welcher wenigstens einen ersten Magneten und wenigstens einen zweiten Magneten umfasst. Außerdem umfasst die elektrische Maschine einen Rotor, welcher mittels des Stators, insbesondere mittels der Magneten, antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen, umfasst einen Stator, welcher wenigstens einen ersten Magneten und wenigstens einen zweiten Magneten aufweist. Außerdem umfasst die elektrische Maschine einen um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbaren Rotor, welcher mittels des Stators, insbesondere mittels der Magneten, antreibbar und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist.
Um einen besonders vorteilhaften und insbesondere bedarfsgerechten Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Magnet an einem ersten Ring und der zweite Magnet an einem zweiten Ring gehalten ist. Dabei folgt der zweite Ring in axialer Richtung der elektrischen Maschine auf den ersten Ring. Mit anderen Worten sind die Ringe in axialer Richtung der elektrischen Maschine und somit entlang der Drehachse hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet. Somit sind beispielsweise auch die Magneten in axialer Richtung der elektrischen Maschine hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet. Dabei ist der zweite Ring zusammen mit dem zweiten Magneten um die Drehachse relativ zu dem ersten Ring und dem ersten Magneten drehbar. Mit anderen Worten sind die Ringe um die Drehachse relativ zueinander verdrehbar, sodass - da die Magneten an den Ringen gehalten beziehungsweise befestigt sind - die Magneten um die Drehachse relativ zueinander verdrehbar sind. Dadurch kann beispielsweise ein in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine verlaufender Abstand zwischen den
Magneten bedarfsgerecht eingestellt werden, sodass ein besonders vorteilhafter und insbesondere effizienter und effektiver sowie bedarfsgerechter Betrieb der elektrischen Maschine darstellbar ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Magneten relativ zueinander in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine bedarfsgerecht positionierbar, wodurch sich beispielsweise ein durch die Magneten bewirkbares
Magnetfeld, insbesondere dessen Verlauf, besonders bedarfsgerecht beeinflussen lässt. In der Folge kann ein vorteilhafter und effizienter sowie effektiver Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden.
Vorzugsweise umfasst die elektrische Maschine eine Stelleinrichtung, mittels welcher die Ringe und somit die Magneten um die Drehachse relativ zueinander verdrehbar sind. Dabei ist vorzugsweise die Stelleinrichtung als elektrisch betreibbare Stelleinrichtung ausgebildet. Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest einer der Ringe um die Drehachse relativ zu dem Rotor und/oder relativ zu einem Gehäuse, in welchem der Stator und der Rotor jeweils zumindest teilweise aufgenommen sind, drehbar ist, während beispielsweise der andere Ring relativ zu dem Gehäuse drehfest ist und somit nicht um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht werden kann. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn beide Ringe um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Rotor drehbar sind, wodurch die Magneten hinsichtlich ihrer Position besonders bedarfsgerecht verstellt werden können.
Dabei umfasst beispielsweise die Stelleinrichtung ein erstes Stellelement, mittels welchem der erste Ring um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Ferner umfasst die Stelleinrichtung vorzugsweise ein zweites Stellelement, mittels welchem beispielsweise der zweite Ring um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als Innenläufermaschine ausgebildet, sodass der Rotor zumindest teilweise in dem Stator angeordnet ist. Somit überdeckt
beispielsweise der Stator zumindest einen Längenbereich des Rotors in radialer Richtung der elektrischen Maschine nach außen hin, sodass die Magneten beispielsweise als Außenmagneten ausgebildet sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Magneten als jeweilige
Elektromagneten ausgebildet, wodurch sich ein besonders vorteilhafter und insbesondere bedarfsgerechter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt. Insbesondere ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist. In dem Motorbetrieb stellt die elektrische Maschine über den Rotor Drehmomente bereit, mittels welchen beispielsweise wenigstens ein Rad des
Kraftfahrzeugs antreibbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Maschine beispielsweise in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben werden. Im Generatorbetrieb wird der Rotor, beispielsweise mittels kinetischer Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs, angetrieben, sodass mittels des Generators kinetische beziehungsweise mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, die von dem Generator bereitgestellt wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Elektromagneten einzeln beziehungsweise separat elektrisch ansteuerbar sind. Somit ist es beispielsweise möglich, dass die Elektromagneten unabhängig voneinander und/oder voneinander unterschiedlich angesteuert werden, sodass beispielsweise an einen der
Elektromagneten eine erste elektrische Spannung und an den anderen Elektromagneten eine von der ersten elektrischen Spannung unterschiedliche, zweite elektrische Spannung angelegt wird und/oder sodass elektrischer Strom mit einer ersten Stromstärke durch einen ersten der Elektromagneten fließt, während elektrischer Strom mit einer von der ersten Stromstärke unterschiedlichen zweiten Stromstärke durch den zweiten
Elektromagneten fließt. Dabei sind vorzugsweise die elektrischen Spannungen von 0 unterschiedlich und/oder die Stromstärken sind von 0 unterschiedlich. Insbesondere ist es denkbar, dass eine der elektrischen Spannungen beziehungsweise eine der Stromstärken von 0 unterschiedlich ist, während beispielsweise die andere elektrische Spannung beziehungsweise die andere Stromstärke 0 beträgt. Durch die Möglichkeit, die Magneten bedarfsgerecht zu positionieren sowie bedarfsgerecht beziehungsweise unterschiedlich elektrisch anzusteuern, ist eine besonders vorteilhafte Drehzahleinstellung, insbesondere Drehzahlsteuerung, des Rotors durch die beispielsweise als Außenmagneten
ausgebildeten Magneten möglich. Insbesondere lässt sich eine intelligente Steuerung der Magneten und deren Felder realisieren. Bei dem jeweiligen Feld handelt es sich beispielsweise um ein durch den jeweiligen Magneten bewirktes Magnetfeld, dessen Fluss bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Dabei können die Anzahl der Magneten und deren Größe variabel sein und bedarfsgerecht eingestellt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die elektrische Maschine wenigstens einen ersten Betriebszustand auf, in welchem eine Versorgung der
Elektromagneten mit Wechselstrom erfolgt. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Maschine wenigstens einen zweiten Betriebszustand aufweist, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten mit Gleichstrom erfolgt. Insbesondere ist es denkbar, dass der
Gleichstrom die Elektromagneten in dem zweiten Betriebszustand in einer ersten
Richtung durchströmt. Ferner ist ein dritter Betriebszustand denkbar, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten mit Gleichstrom erfolgt, wobei in einem dritten
Betriebszustand der Gleichstrom die Elektromagneten in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung durchströmt. Insgesamt kann dadurch
beispielsweise eine besonders schnelle und vorteilhafte Beschleunigung des Rotors realisiert werden. Außerdem kann der Rotor durch entsprechendes elektrisches
Ansteuern der Magneten besonders schnell und bedarfsgerecht sowie gezielt abgebremst werden, um beispielsweise in der Folge das Kraftfahrzeug insgesamt vorteilhaft abbremsen zu können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an dem ersten Ring mehrere erste
Magneten gehalten, wobei an dem zweiten Ring mehrere zweite Magneten gehalten sind. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter, effektiver und effizienter Betrieb der elektrischen Maschine realisiert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn mindestens drei an dem ersten Ring gehaltene erste Magneten und mindestens drei an dem zweiten Ring gehaltene zweite Magneten vorgesehen sind, wobei die ersten Magneten und/oder die zweiten Magneten in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die ersten beziehungsweise zweiten Magneten in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings paarweise den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Sind beispielsweise an dem jeweiligen Ring genau drei Magneten gehalten, so weisen die Magneten paarweise einen in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings verlaufenden Abstand von jeweils 120 Grad auf. Mit anderen Worten sind die Magneten beispielsweise in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings um 120 Grad versetzt zueinander angeordnet, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb dargestellt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Rotor wenigstens eine um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbare Welle und eine zumindest mittelbar mit der Welle verbundene und mit der Welle mitdrehbare Spule, welche mit elektrischem Strom versorgbar ist. Beispielsweise ist die Spule zumindest mittelbar drehfest mit der Welle verbunden. Insbesondere ist es denkbar, dass der Rotor wenigstens einen Träger aufweist, welcher auch als Trägerelement bezeichnet wird. Der Träger ist beispielsweise drehfest mit der Welle verbunden und somit mit der Welle um die Drehachse mitdrehbar. Dabei ist die Spule beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Träger gehalten. Dabei ist die Spule beispielsweise um zumindest einen Teilbereich des Trägers gewickelt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Rotor an dem Stator über wenigstens eine Wälzlagereinrichtung drehbar gelagert ist. Die Wälzlagereinrichtung weist eine erste Wälzkörperreihe auf, welche einen ersten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden ersten Wälzkörpern, einen in axialer Richtung der Welle auf den ersten Wälzkörperring folgenden zweiten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle
aufeinanderfolgenden zweiten Wälzkörpern und ein erstes Lagerringelement aufweist. Das erste Lagerringelement bildet eine erste Laufbahn für die ersten Wälzkörper und eine zweite Laufbahn für die zweiten Wälzkörper. Dies bedeutet, dass die an sich separat voneinander ausgebildeten und in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden Wälzkörper an der jeweils zugehörigen Laufbahn abrollen beziehungsweise abwälzen können.
Die Wälzlagereinrichtung umfasst darüber hinaus eine zweite Wälzkörperreihe, welche einen den ersten Wälzkörperring in radialer Richtung der Welle nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden dritten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in
Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden dritten Wälzkörpern, einen in axialer Richtung der Welle auf den dritten Wälzkörperring folgenden und den zweiten
Wälzkörperring in radialer Richtung der Welle nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden vierten Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden vierten Wälzkörpern und einen in radialer Richtung der Welle zwischen dem ersten Lagerringelement und den dritten Wälzkörpern und zwischen dem ersten Lagerringelement und den vierten Wälzkörpern angeordnetes zweites Lagerringelement aufweist. Das zweite Lagerringelement bildet eine dritte Laufbahn für die dritten Wälzkörper und eine vierte Laufbahn für die vierten Wälzkörper. Somit können die in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten dritten Wälzkörper an der dritten Laufbahn abwälzen, und die in
Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden und separat voneinander
ausgebildeten vierten Wälzkörper können an der vierten Laufbahn abwälzen,
insbesondere wenn die Welle beziehungsweise der Rotor insgesamt um die Drehachse relativ zu dem Rotor gedreht wird.
Die Wälzlagereinrichtung umfasst dabei ferner wenigstens ein in radialer Richtung zwischen den Wälzkörperreihen, insbesondere zwischen den Lagerringelementen, angeordnetes Isolationselement, mittels welchem die Wälzkörperreihen elektrisch voneinander isoliert sind. Mit anderen Worten ist die erste Wälzkörperreihe mittels des Isolationselements elektrisch von der zweiten Wälzkörperreihe elektrisch isoliert.
Außerdem erfolgt in wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine die Versorgung der auch als Wicklung bezeichneten Spule mit elektrischem Strom derart, dass der elektrische Strom über eine der Wälzkörperreihen zu der Spule hinfließt und über die andere Wälzkörperreihe von der Spule abfließt.
Der elektrische Strom, mit welchem die Spule versorgt wird, wird beispielsweise von einer Energie- beziehungsweise Stromquelle bereitgestellt. Der von der Stromquelle bereitgestellte elektrische Strom fließt beispielsweise in dem genannten Betriebszustand von der Stromquelle über die eine Wälzkörperreihe zu der Spule hin und durch die Spule hindurch. Daran anschließend strömt beispielsweise der elektrische Strom von der Spule ab und dabei von der Spule über die andere Wälzkörperreihe zu der Stromquelle beziehungsweise zur Masse der elektrischen Maschinen, wodurch beispielsweise ein Stromkreis geschlossen ist. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass der elektrische Strom beispielsweise der Spule über den zuvor genannten Träger zugeführt wird und/oder dass der elektrische Strom von der Spule über den Träger abfließt.
Durch diese Versorgung der Spule mit dem elektrischen Strom kann eine besonders einfache, bauraum- und gewichtsgünstige sowie effiziente und effektive Stromversorgung gewährleistet werden, sodass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine realisieren lässt.
Um die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom auf besonders vorteilhafte Weise zu realisieren und in der Folge einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der erste Wälzkörperring und der dritte Wälzkörperring in einem ersten Längenbereich der Wälzlagereinrichtung angeordnet sind, wobei der erste Längenbereich in radialer Richtung nach außen hin überdeckungsfrei zu der Spule und/oder zu dem drehfest mit der Welle verbundenen Träger, an welchem die Spule gehalten ist, angeordnet ist. Somit sind der erste Wälzkörperring und der dritte Wälzkörperring in radialer Richtung nach außen hin nicht durch die Spule beziehungsweise nicht durch den Träger überdeckt.
Der zweite Wälzkörperring und der vierte Wälzkörperring sind dabei beispielsweise in einem in axialer Richtung der Welle auf den ersten Längenbereich folgenden zweiten Längenbereich der Wälzlagereinrichtung angeordnet, wobei der zweite Längenbereich in radialer Richtung nach außen hin durch die Spule und/oder durch den Träger überdeckt ist.
Um eine besonders vorteilhafte Stromversorgung zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Rotor an dem Stator über wenigstens eine in axialer Richtung der Welle auf die Wälzlagereinrichtung folgende und von der Wälzlagereinrichtung beabstandete zweite Wälzlagereinrichtung drehbar gelagert ist. Die zweite Wälzlagereinrichtung weist eine dritte Wälzkörperreihe auf, die einen fünften Wälzkörperring mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle
aufeinanderfolgenden fünften Wälzköpern aufweist, wobei in dem wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die dritte Wälzkörperreihe zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn in dem wenigstens einen Betriebszustand der elektrischen Maschine die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die Welle zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt. Somit wird auch zumindest ein Längenbereich der Welle genutzt, um die Spule mit dem elektrischen Strom zu versorgen, sodass die Teileanzahl, das Gewicht und der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden können. In der Folge kann ein besonders vorteilhafter und insbesondere effektiver und effizienter Betrieb der elektrischen Maschine dargestellt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt: eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem Stator und mit einem um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbaren Rotor, wobei der Stator eine Mehrzahl von in axialer Richtung der elektrischen Maschine aufeinanderfolgenden Ringen aufweist, an denen jeweils mehrere Magneten gehalten sind, und wobei die Ringe mit den jeweiligen Magneten relativ zueinander um die Drehachse verdrehbar sind; ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht der elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform; eine schematische Darstellung eines Multisteuerungstableaus für die als Außenmagneten ausgebildeten Magneten der elektrischen Maschine; ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der
elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform; eine weitere schematische Perspektivansicht der elektrischen Maschine; eine schematische Seitenansicht der elektrischen Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform; eine schematische Seitenansicht der elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform; ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der elektrischen Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform; eine schematische Perspektivansicht einer Wälzlagerung der elektrischen Maschine gemäß der ersten Ausführungsform; und ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer
Wälzlagerung, welche für die elektrische Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform und gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine erste Ausführungsform einer im Ganzen mit 1 bezeichnete elektrische Maschine, welche beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, verwendet werden kann. Insbesondere ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 1 als Traktionsmaschine verwendet werden kann, mittels welcher wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs und somit insbesondere das
Kraftfahrzeug insgesamt elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu ist beispielsweise die elektrische Maschine 1 in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 1 in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betrieben werden kann.
Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 auf. Der Stator 2 umfasst eine Mehrzahl von ersten Magneten 3, eine Mehrzahl von zweiten Magneten 4, eine Mehrzahl von dritten Magneten 5, eine Mehrzahl von vierten Magneten 6 und eine Mehrzahl von fünften Magneten 7. Außerdem umfasst die elektrische Maschine 1 einen besonders gut aus Fig. 2 erkennbaren Rotor 8, welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator 2 drehbar ist. Dabei ist der Rotor 8 mittels der Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 und somit mittels des Stators 2 antreibbar und dadurch um die Drehachse drehbar. In Zusammenschau mit Fig. 5 ist erkennbar, dass der Stator 2 und der Rotor 8 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in einem auch als Mantel bezeichneten
Gehäuse 9 aufgenommen sind, sodass der Stator 2 und der Rotor 8 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 1 nach außen hin jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Gehäuse 9 überdeckt sind. Dabei ist der Rotor 8 um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 9 drehbar.
Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere bedarfsgerechten Betrieb der elektrischen Maschine 1 realisieren zu können, umfasst der Rotor 8 eine Mehrzahl von in axialer Richtung aufeinanderfolgenden beziehungsweise hintereinander angeordneten Ringen 10a-e, wobei der Ring 10a den ersten Magneten 3, der Ring 10b den zweiten Magneten 4, der Ring 10c den dritten Magneten 5, der Ring 10d den vierten Magneten 6 und der Ring 10e den fünften Magneten 7 zugeordnet ist. Dabei sind die Magneten 3 an dem ersten Ring 10a gehalten beziehungsweise befestigt, während die Magneten 4 an dem Ring 10b, die Magneten 5 an dem Ring 10c, die Magneten 6 an dem Ring 10d und die Magneten 7 an dem Ring 10e gehalten beziehungsweise befestigt sind. Dabei ist der jeweilige Ring 10a-e mit den jeweiligen, an dem jeweiligen Ring 10a-e gehaltenen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse 9 drehbar, sodass die Ringe 10a-e mit den Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 um die Drehachse relativ zueinander um die Drehachse verdrehbar sind.
Besonders gut aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die jeweiligen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 radial angeordnet, das heißt in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-e aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet und dabei voneinander beabstandet sind. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweiligen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-e gleichmäßig verteilt angeordnet sind, sodass die Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 in um die Drehachse umlaufender Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-d paarweise den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Beträgt
beispielsweise die Anzahl der Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 genau drei, so sind die jeweiligen Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 beispielsweise in einem Winkel von 120 Grad zueinander angeordnet, insbesondere in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings 10a-e, sodass alle drei Magneten 3, 4, 5, 6 beziehungsweise 7 denselben Abstand zueinander haben. Die zuvor genannte Umfangsrichtung fällt dabei mit einer Drehrichtung zusammen, in die sich der Rotor 8 relativ zu dem Stator 2 während wenigstens eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 dreht.
Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 als jeweilige Elektromagneten ausgebildet und dabei einzeln beziehungsweise separat elektrisch ansteuerbar sind. Mit anderen Worten können die Elektromagneten beispielsweise als Block oder einzeln versetzt angeordnet und einzeln elektrisch angesteuert werden, sodass ein besonders bedarfsgerechter Betrieb der elektrischen Maschine 1 darstellbar ist. Insbesondere ist es denkbar, zumindest die an einem der Ringe 10a-e gehaltenen Elektromagneten mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu versorgen, während zumindest die an einem anderen der Ringe 10a-e gehaltenen Elektromagneten nicht mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt werden. Mit anderen Worten ist es somit denkbar, zumindest einen der
Elektromagneten mit elektrischer Energie zu versorgen, während zumindest ein anderer der Elektromagneten abgeschaltet ist und demzufolge nicht mit elektrischer Energie versorgt wird. Hierdurch kann beispielsweise ein besonders schnelles Anfahren realisiert werden, sodass der Rotor 8 besonders schnell auf eine besonders hohe Drehzahl gebracht werden kann. Weist der Rotor 8 die Drehzahl auf, so kann dann ein besonders effizienter Betrieb der elektrischen Maschine 1 realisiert werden, wobei der Rotor 8 auf der genannten Drehzahl energiegünstig gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist jedem Elektromagneten eine eigene Stromquelle zugeordnet, sodass jeder der Elektromagneten einzeln oder aber als Block mit anderen Elektromagneten ansteuerbar ist.
Besonders gut aus Fig. 2 ist erkennbar, dass die Verdrehbarkeit des jeweiligen Rings 10a-e beispielsweise dadurch realisiert ist, dass der jeweilige Ring 10a-e eine
vorzugsweise als Außenverzahnung ausgebildete Verzahnung 1 1 a-e aufweist. Dabei ist beispielsweise je Verzahnung 1 1 a-e ein Zahnrad 12a-e vorgesehen, wobei das jeweilige Zahnrad 12a-e mit der jeweils zugehörigen Verzahnung 1 1 a-e kämmt. Bei der ersten Ausführungsform sind je Verzahnung 1 1 a-e und somit je Ring 10a-e drei Zahnräder 12a- e vorgesehen. Das jeweilige Zahnrad 12a-e ist um eine auch als Nebendrehachse bezeichnete zweite Drehachse, insbesondere relativ zu dem Gehäuse 9, drehbar, wobei die Nebendrehachse in radialer Richtung der elektrischen Maschine 1 von der ersten, auch als Hauptdrehachse bezeichneten Drehachse beabstandet beziehungsweise desachsiert ist. Wird das jeweilige Zahnrad 12a-e um die Nebendrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 gedreht, so wird dadurch, dass das jeweilige Zahnrad 12a-e mit der jeweils zugehörigen Verzahnung 1 1 a-e kämmt, der jeweilige Ring 10a-e um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 verdreht.
Beispielsweise ist eine in den Fig. nicht dargestellte, insbesondere elektrisch betreibbare Stelleinrichtung vorgesehen, mittels welcher beispielsweise die Zahnräder 12a-e jeweils einzeln beziehungsweise separat oder unabhängig voneinander gedreht werden können. Somit ist es beispielsweise denkbar, dass die Zahnräder 12a-e um die jeweilige
Nebendrehachse relativ zueinander gedreht werden können. Hierdurch kann
beispielsweise zumindest einer der Ringe 10a-e um die Hauptdrehachse gedreht werden, während zumindest ein anderer der Ringe 10a-e nicht um die Hauptdrehachse gedreht wird.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass ein Gestell 13 vorgesehen ist, welches Lagerscheiben 14 umfasst. Die Lagerscheiben 14 sind in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 voneinander beabstandet angeordnet und über Lagerachsen 15 des Gestells 13 miteinander verbunden. Dabei sind die Zahnräder 12a-e drehbar auf den Lagerachsen 15 gelagert und können somit um die jeweilige Nebendrehachse relativ zur jeweiligen Lagerachse 15 gedreht werden. Aus Fig. 5 ist erkennbar, dass vorzugsweise die
Lagerachsen 15 und die Zahnräder 12a-e in dem Gehäuse 9 angeordnet und demzufolge in radialer Richtung nach außen hin durch das Gehäuse 9 überdeckt sind.
Außerdem ist aus Fig. 1 und 5 besonders gut erkennbar, dass die elektrische Maschine 1 als Innenläufermaschine ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Rotor 8 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, in dem Stator 2 angeordnet ist, sodass der Rotor 8 in radialer Richtung der elektrischen Maschine 1 nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Stator 2 überdeckt ist. Somit sind die Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 als Außenmagneten ausgebildet. Durch diese Außenmagneten, insbesondere durch die Möglichkeit, die Außenmagneten einzeln elektrisch anzusteuern sowie um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 und relativ zueinander zu verdrehen, kann die Drehzahl des Rotors 8 besonders vorteilhaft eingestellt, insbesondere gesteuert oder geregelt, werden. Insbesondere ist eine Pulssteuerung möglich. Vorzugsweise werden mehrere Stromquellen verwendet, um jeden Außenmagneten einzeln mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder mit wenigstens einem jeweiligen Halbleiter stromsteuerbar zu verbinden beziehungsweise eine Impulssteuerung zu realisieren.
Beispielsweise bei einem Anlauf der elektrischen Maschine 1 , deren Anlauf auch als Motoranlauf bezeichnet wird, sind die Außenmagneten beispielsweise chronologisch beziehungsweise gleichmäßig um den Rotor 8 verteilt, um eine möglichst große Kraft beziehungsweise ein möglichst großes Drehmoment zum Anfahren und insbesondere Beschleunigen des Rotors 8 realisieren zu können. Danach werden die Außenmagneten beispielsweise in ihrer Position verstellt, sodass beispielsweise die Außenmagneten eine senkrechte beziehungsweise parallel zur axialen Richtung beziehungsweise zur
Hauptdrehachse verlaufende Reihe bilden. Durch die Variabilität der Außenmagneten insbesondere hinsichtlich ihrer Positionierung in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine sowie hinsichtlich ihrer Versorgung mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ist eine Vielzahl an unterschiedlichen, mechanischen
Magnetkonstellationen und Magnetpositionen realisierbar, sodass die Außenmagneten beispielsweise derart angeordnet werden, dass sie parallel zur Drehachse verlaufende Reihen oder demgegenüber versetzte Anordnungen bilden. Auch die Größe und Anzahl der Außenmagneten ist variabel und zumindest nahezu nicht begrenzt. Mittels der Magneten 3, 4, 5, 6 und 7, insbesondere durch Versorgen der Magneten 3, 4, 5, 6 und 7 mit elektrischer Energie, stellen die Außenmagneten jeweilige magnetische Felder bereit, deren jeweiliger Fluss durch Verdrehen der Ringe 10a-e bedarfsgerecht beeinflusst werden kann.
Besonders gut aus Fig. 2 ist erkennbar, dass der Rotor 8 eine Welle 16 und einen Träger 17 umfasst, welcher auch als Trägerelement oder Flügel bezeichnet wird. Der Träger 17 ist, insbesondere über ein Verzahnungselement 46, drehfest mit der Welle 16 verbunden, sodass der Träger 17 mit der Welle 16 um die Hauptdrehachse mitdrehbar ist. Das Verzahnungselement 46 ist beispielsweise drehfest mit der Welle 16 verbunden, wobei das Verzahnungselement 46 einstückig mit der Welle 16 ausgebildet sein kann. Ferner wirkt beispielsweise der Träger 17 formschlüssig mit dem Verzahnungselement 46 zusammen, sodass der Träger 17 über das Verzahnungselement 46 drehfest mit der Welle 16 verbunden ist. Außerdem weist der Rotor 8 wenigstens eine in den Fig. nicht erkennbare Spule auf, welche mit elektrischem Strom beziehungsweise elektrischer Energie versorgbar ist. Durch Versorgen der Spule mit elektrischer Energie fließt elektrischer Strom durch die Spule. Die Spule ist dabei zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Träger 17 gehalten und somit über den Träger 17, insbesondere drehfest, mit der Welle 16 verbunden, sodass die Spule mit der Welle 16 um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 mitdrehbar ist. Insbesondere ist die Spule um wenigstens einen Längenbereich des Trägers 17 gewickelt und dadurch an dem Träger 17 gehalten, sodass die Spule mit dem Träger 17 um die Hauptdrehachse relativ zu dem Gehäuse 9 mitdrehbar ist.
Fig. 3 zeigt ein Multisteuerungstableau für die Außenmagneten. Anhand von Fig. 4 wird im Folgenden die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom erläutert. Die Spule und der Träger 17 sind beziehungsweise bilden beispielsweise einen Kern der elektrischen Maschine 1 . Insbesondere bilden der Träger 17 und die Spule einen zweiten
Elektromagneten, der - da die elektrische Maschine 1 als Innenläufermaschine ausgebildet ist - einen Innenmagneten bildet und - insbesondere durch Versorgen des zweiten Elektromagneten mit elektrischer Energie - wenigstens ein zweites Magnetfeld bereitstellt. Somit sind beispielsweise wenigstens zwei Spannungs- beziehungsweise Stromquellen vorgesehen, wobei mittels einer ersten der Spannungs- beziehungsweise Stromquellen die Außenmagneten und mittels der zweiten Spannungs- beziehungsweise Stromquelle der Innenmagnet mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt werden, kann Die Außenmagneten und der Innenmagnet stellen somit jeweilige, insbesondere wenigstens zwei, magnetische Felder bereit, wobei durch die Einwirkung beider Felder, insbesondere durch Spannung und magnetisches Feld, die Drehzahl des Rotors 8 bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
Das auch als Mantel oder Ummantelung bezeichnete Gehäuse 9 ist beispielsweise aus Ebonit und/oder Hartgummi gebildet. Weitere Materialien für die Ummantelung sind beispielsweise Glas oder Holz.
Aus Fig. 4 ist erkennbar, dass der Rotor 8 über eine im Ganzen mit 18 bezeichnete Wälzlagerung drehbar an dem Stator 2, insbesondere an den Lagerscheiben 14, gelagert ist. Die Wälzlagerung 18 umfasst eine erste Wälzlagereinrichtung 19, welche eine erste Wälzkörperreihe 20 aufweist. Die erste Wälzkörperreihe 20 umfasst einen ersten
Wälzkörperring 21 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16
aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten ersten
Wälzkörpern 22, welche beispielsweise als Kugeln ausgebildet sind. Außerdem umfasst die erste Wälzkörperreihe 20 einen in axialer Richtung der Welle 16 auf den ersten Wälzkörperring 21 folgenden zweiten Wälzkörperring 23 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16 aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten zweiten Wälzkörpern 24, welche beispielsweise als Kugeln ausgebildet sind. Außerdem weist die erste Wälzkörperreihe 20 ein erstes Lagerringelement 25 auf, welches eine erste Laufbahn 26 für die ersten Wälzkörper 22 und eine zweite Laufbahn 27 für die zweiten Wälzkörper 24 bildet. Das Lagerringelement 25 ist beispielsweise ein Innenring beziehungsweise ein Lagerinnenring.
Die erste Wälzlagereinrichtung 19 umfasst außerdem eine zweite Wälzkörperreihe 28, welche einen den ersten Wälzkörperring 21 in radialer Richtung der Welle 16 nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckenden dritten Wälzkörperring 29 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle aufeinanderfolgenden dritten Wälzkörpern 30 aufweist, welche beispielsweise als Kugeln ausgebildet sind. Außerdem weist die zweite Wälzkörperreihe 28 eine in axialer Richtung der Welle 16 auf den dritten Wälzkörperring 29 folgenden und den zweiten Wälzkörperring 23 in radialer Richtung der Welle 16 nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckenden vierten
Wälzkörperring 31 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16
aufeinanderfolgenden und an sich separat voneinander ausgebildeten vierten
Wälzkörpern 32 auf. Außerdem umfasst die zweite Wälzkörperreihe 28 ein in radialer Richtung der Welle 16 zwischen dem ersten Lagerringelement 25 und den dritten Wälzkörpern 30 sowie zwischen dem ersten Lagerringelement 25 und den vierten Wälzkörpern 32 angeordnetes zweites Lagerringelement 33, welches eine dritte Laufbahn 34 für die dritten Wälzkörper 30 und eine vierte Laufbahn 35 für die vierten Wälzkörper 32 bilden. Beispielsweise ist das Lagerringelement 33 als Außenring ausgebildet. Die Laufbahnen 26 und 27 beziehungsweise 34 und 35 sind beispielsweise durch separat voneinander ausgebildete und in axialer Richtung aufeinanderfolgende sowie
beispielsweise voneinander beabstandete Ringelemente oder aber durch ein einstückiges Ringelement gebildet.
Außerdem umfasst die erste Wälzlagereinrichtung 19 wenigstens ein in radialer Richtung zwischen den Wälzkörperreihen 20 und 28, insbesondere zwischen den
Lagerringelementen 25 und 33, angeordnetes Isolationselement 36, mittels welchen die Wälzkörperreihen 20 und 28, insbesondere die Lagerringelemente 25 und 33, elektrisch voneinander isoliert sind.
In wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine 1 erfolgt die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart, dass der elektrische Strom beispielsweise über die Wälzkörperreihe 20, insbesondere über das Lagerringelement 25 und die Wälzkörper 24, zu der Spule hin fließt und über die Wälzkörperreihe 28, insbesondere über die Wälzkörper 32 und das Lagerringelement 33, von der Spule abfließt. Somit ist beispielsweise die Wälzkörperreihe 20 mit einem elektrischen Pluspol und die
Wälzkörperreihe 28 mit einem elektrischen Minuspol beziehungsweise mit einer Masse der elektrischen Maschine 1 verbunden. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass in dem wenigstens einen Betriebszustand, welcher auch als erster Betriebszustand bezeichnet wird, der elektrische Strom von der Wälzkörperreihe 20 zu dem und insbesondere durch den Träger 17 und über diesen zu der Spule fließt. Dabei ist es vorzugsweise
vorgesehen, dass der Träger 17 elektrisch von der Welle 16 isoliert ist. Insbesondere ist eine elektrische Isolationsschicht in radialer Richtung zwischen dem Träger 17 und dem Verzahnungselement 46 angeordnet, sodass der Träger 17 elektrisch von dem
Verzahnungselement 46 und somit von der Welle 16 isoliert ist.
Der elektrische Strom kann dann durch die Spule fließen und strömt beispielsweise von der Spule über die Welle 16 zu der Wälzkörperreihe 28 und von der Wälzkörperreihe 28 zu dem Minuspol beziehungsweise zu der Masse. Hierzu ist beispielsweise bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass die Wälzlagerung 18 eine zweite
Wälzlagereinrichtung 37 aufweist, über die der Rotor 8 drehbar an dem Stator 2, insbesondere an den Lagerscheiben 14, gelagert ist. Die zweite Wälzlagereinrichtung 37 ist dabei in axialer Richtung der Welle 16 von der ersten Wälzlagereinrichtung 19 beabstandet und weist eine dritte Wälzkörperreihe 38 auf, welche einen fünften
Wälzkörperring 39 mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle 16
aufeinanderfolgenden und einen separat voneinander ausgebildeten fünften Wälzkörper 40 aufweist. Dann erfolgt in dem ersten Betriebszustand die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart, dass der elektrische Strom über die dritte Wälzkörperreihe 38 beziehungsweise den fünften Wälzkörperring 39 von der Spule abfließt. Dabei fließt der elektrische Strom von der Spule zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 38 beziehungsweise den Wälzkörperring 39 und von diesem über die Welle 16 zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 28 und von dieser zu dem Minuspol
beziehungsweise zu der Masse.
Alternativ oder zusätzlich weist die elektrische Maschine 1 wenigstens einen zweiten Betriebszustand auf, in welchem die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom im Vergleich zu dem ersten Betriebszustand umgekehrt erfolgt. Hierbei fließt beispielsweise der elektrische Strom, insbesondere von der Stromquelle, zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 28 und von der Wälzkörperreihe 28 zu der und insbesondere durch die Welle 16. Von der Welle 16 fließt dann der elektrische Strom zu der und insbesondere durch die Wälzkörperreihe 38 beziehungsweise zu dem und insbesondere durch den Wälzkörperring 39, von dem dann der elektrische Strom, insbesondere beispielsweise über den Träger 17, zu der und insbesondere durch die Spule strömt. Der elektrische Strom fließt dann durch die Spule und von der Spule zu der und durch die
Wälzkörperreihe 20, von welcher der elektrische Strom dann beispielsweise zu dem Minuspol strömt. Eine solche Fließrichtung des elektrischen Stroms kann somit je nach Betriebszustand gewechselt werden und wechselt insbesondere dann mehrmals pro Sekunde, wenn beispielsweise an die Spule eine Wechselspannung angelegt wird, sodass die Spule mit Wechselstrom versorgt wird.
Mit anderen Worten, zum Versorgen der Spule mit elektrischem Strom wird an die Spule eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Wechselspannung oder eine elektrische Gleichspannung, angelegt. Die elektrische Spannung wird dabei an der Seite angelegt, an der sich die Wälzlagereinrichtung 19 befindet. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich die Wälzlagereinrichtung 37.
Fig. 6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 . Bei der zweiten Ausführungsform sind zwei Module 41 und 42 der elektrischen Maschine 1 in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1
hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend geschaltet und insbesondere elektrisch in Reihe zueinander angeordnet beziehungsweise seriell geschaltet. Das jeweilige Modul 41 beziehungsweise 42, insbesondere das Modul 42, ist beispielsweise wie die elektrische Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgestaltet. Mit anderen Worten entspricht beispielsweise der Aufbau des Moduls 42 dem Aufbau der elektrischen Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Das Modul 41 weist im Vergleich zur elektrischen Maschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform Unterschiede auf, auf die im Zusammenhang mit Fig. 9 und 10 eingegangen wird.
Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 . Bei der dritten Ausführungsform umfasst die elektrische Maschine 1 die hintereinander angeordneten und dabei seriell zueinander geschalteten Module 41 und 42 sowie 43, wobei die Module 41 , 42 und 43 in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet und dabei elektrisch in Reihe zueinander geschaltet sind. Dabei weisen beispielsweise die Module 41 und 43 den gleichen Aufbau auf, auf den im Rahmen der Beschreibung von Fig. 9 und 10 noch näher eingegangen wird.
Fig. 8 zeigt ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht der zweiten
Ausführungsform, wobei in Fig. 8 der Aufbau des Moduls 41 und somit des Moduls 43 erkennbar ist.
Fig. 9 zeigt die Wälzlagerung 18, welche bei der ersten Ausführungsform sowie bei dem jeweiligen Modul 42 der zweiten und dritten Ausführungsform verwendet wird. Bei dem jeweiligen Modul 41 beziehungsweise 43 kommt anstelle der Wälzlagereinrichtung 37 eine dritte Wälzlagereinrichtung 44 zum Einsatz, deren Aufbau dem Aufbau der
Wälzlagereinrichtung 19 entspricht. Der Grund dafür ist, dass - im Vergleich zu der ersten Ausführungsform, bei welcher beispielsweise der elektrische Strom lediglich über die Wälzlagereinrichtung 37 von der Welle 16 zu der Spule oder umgekehrt fließt - bei der zweiten und dritten Ausführungsform der elektrische Strom beispielsweise über die Wälzlagereinrichtung 44 von der Spule des Moduls 41 zu der Spule des Moduls 42 beziehungsweise von der Spule des Moduls 43 zu der Spule des Moduls 41
beziehungsweise jeweils umgekehrt übertragen wird. Wie schon bezüglich der
Wälzlagereinrichtung 19 erläutert, kann auf analoge Weise über die Wälzlagereinrichtung 44 der Strom von der Spule des Moduls 41 zur Spule des Moduls 42 beziehungsweise von der Spule des Moduls 43 zur Spule des Moduls 41 beziehungsweise umgekehrt von der Spule des Moduls 42 zu der Spule des Moduls 41 beziehungsweise von der Spule des Moduls 41 zu der Spule des Moduls 43 übertragen werden. Auf diese Weise kann einfach, kosten- und bauraumgünstig eine Mehrzahl von Modulen in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet und in Reihe zueinander geschaltet werden.
Um beispielsweise hohe Kräfte beziehungsweise Drehmomente auf die insbesondere als Antriebswelle oder Abtriebswelle ausgebildete Welle 16 übertragen zu können, ist das Gestell 13 beispielsweise als stabiler Metallrahmen ausgebildet. Ein Kabelschlepp für die beweglichen Außenmagneten ist beispielsweise an dem auch als Außengehäuse bezeichneten Gehäuse 9 angebracht, sodass jeweilige Kabel des Kabelschlepps nicht eingeklemmt werden.
Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass der Träger 17 vorzugsweise als Flügel ausgebildet ist und dabei jeweilige Flügelelemente 45 aufweist, welche beispielsweise zumindest im
Wesentlichen bogenförmig und dabei insbesondere nach Art eines Propellers ausgebildet sein können. Die Flügelelemente 45 werden dabei beispielsweise derart ausgebildet, dass sie eine Selbstkühlung erzeugen und insbesondere dann, wenn der Rotor 8 um die Hauptdrehachse gedreht wird, Luft als Kühlluft beziehungsweise Kühlluftstrom fördern, mittels welchem die elektrische Maschine 1 gekühlt werden kann. Insbesondere ist es denkbar, die mehreren Module aneinanderzureihen und mit der Welle 16 zu koppeln.
Vorzugsweise ist das Isolationselement 36 als ein Halbleiter beziehungsweise Isolator ausgebildet. Eine intelligente Steuerung kann die Außenmagneten und deren Felder steuern und somit für eine Feinabstimmung sorgen. Ferner kann eine intelligente
Steuerung die Spule beziehungsweise ein durch die Spule bewirktes Magnetfeld steuern und somit für eine Feinabstimmung sorgen. Sowohl Spannung als auch Magnetfelder werden, insbesondere wenn nötig, permanent gemessen, um eine Feinjustierung realisieren zu können.
Bezugszeichenliste
elektrische Maschine Stator
Magnet
Magnet
Magnet
Magnet
Magnet
Rotor
Gehäuse
a-e Ring
a-e Verzahnung
a-e Zahnrad
Gestell
Lagerscheibe
Lagerachse
Welle
Träger
Wälzlagerung
erste Wälzlagereinrichtung erste Wälzkörperreihe erster Wälzkörperring erster Wälzkörper zweiter Wälzkörperring zweiter Wälzkörper erstes Lagerringelement erste Laufbahn
zweite Laufbahn zweite Wälzkörperreihe dritter Wälzköperring dritter Wälzkörper vierter Wälzkörperring vierter Wälzkörper 33 zweites Lagerringelement
34 dritte Laufbahn
35 vierte Laufbahn
36 Isolationselement
37 zweite Wälzlagereinrichtung
38 dritte Wälzkörperreihe
39 fünfter Wälzkörperring
40 fünfter Wälzkörper
41 Modul
42 Modul
43 Modul
44 Wälzlagereinrichtung
45 Flügelelement
46 Verzahnungselement

Claims

Patentansprüche
1 . Elektrische Maschine (1 ), mit einem Stator (2), welcher wenigstens einen ersten Magneten (3) und wenigstens einen zweiten Magneten (4) aufweist, und mit einem mittels der Magneten (3, 4) antreibbaren Rotor (8), welcher um eine Drehachse relativ zu dem Stator (2) drehbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Magnet (3) an einem ersten Ring (10a) und der zweite Magnet (4) an einem in axialer Richtung der elektrischen Maschine (1 ) auf den ersten Ring (10a) folgenden zweiten Ring (10b) gehalten ist, welcher zusammen mit dem zweiten Magneten (4) um die Drehachse relativ zu dem ersten Ring (10a) und dem ersten Magneten (3) drehbar ist.
2. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Magneten (3, 4) als jeweilige Elektromagneten ausgebildet und einzeln elektrisch ansteuerbar sind.
3. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Maschine (1 ) wenigstens einen ersten Betriebszustand aufweist, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten (3, 4) mit Wechselstrom erfolgt.
4. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Maschine (1 ) wenigstens einen zweiten Betriebszustand aufweist, in welchem eine Versorgung der Elektromagneten (3, 4) mit Gleichstrom erfolgt.
5. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens drei an dem ersten Ring (10a) gehaltene erste Magneten (3) und mindestens drei an dem zweiten Ring (10b) gehaltene zweite Magneten (4) vorgesehen sind, wobei die ersten Magneten (3) und/oder oder zweiten Magneten (4) in Umfangsrichtung des jeweiligen Rings gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.
6. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (8) wenigstens eine um die Drehachse relativ zu dem Stator (2) drehbare Welle (16) und eine zumindest mittelbar mit der Welle verbundene (16) und mit der Welle (16) mitdrehbare Spule aufweist, welche mit elektrischem Strom versorgbar ist.
7. Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (8) an dem Stator (2) über wenigstens eine Wälzlagereinrichtung (19) drehbar gelagert ist, welche aufweist:
- eine erste Wälzkörperreihe (20), welche einen ersten Wälzkörperring (21 ) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden ersten Wälzköpern (22), einen in axialer Richtung der Welle (16) auf den ersten Wälzkörperring (21 ) folgenden zweiten Wälzkörperring (23) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden zweiten
Wälzköpern (24) und ein erstes Lagerringelement (25) aufweist, welches eine erste Laufbahn (26) für die ersten Wälzkörper (22) und eine zweite Laufbahn (27) für die zweiten Wälzkörper (24) bildet;
- eine zweite Wälzkörperreihe (28), welche einen den ersten Wälzkörperring (21 ) in radialer Richtung der Welle (16) nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden dritten Wälzkörperring (29) mit einer Mehrzahl von in
Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden dritten Wälzköpern (30), einen in axialer Richtung der Welle (16) auf den dritten Wälzkörperring (29) folgenden und den zweiten Wälzkörperring (23) in radialer Richtung der Welle (16) nach innen hin zumindest teilweise überdeckenden vierten Wälzkörperring (31 ) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16)
aufeinanderfolgenden vierten Wälzköpern (32) und ein in radialer Richtung der Welle (16) zwischen dem ersten Lagerringelement (25) und den dritten
Wälzkörpern (30) und zwischen dem ersten Lagerringelement (25) und den vierten Wälzkörpern (31 ) angeordnetes zweites Lagerringelement (33) aufweist, welches eine dritte Laufbahn (34) für die dritten Wälzkörper (30) und eine vierte Laufbahn (35) für die vierten Wälzkörper (32) bildet; und
- wenigstens ein in radialer Richtung zwischen den Wälzkörperreihen (20, 28) angeordnetes Isolationselement (36) , mittels welchem die Wälzkörperreihen (20, 28) elektrisch voneinander isoliert sind, wobei in wenigstens einem
Betriebszustand der elektrischen Maschine (1 ) die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über eine der Wälzkörperreihen (20, 28) zu der Spule hinfließt und über die andere
Wälzkörperreihe (28) von der Spule abfließt.
Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Wälzkörperring (21 ) und der dritte Wälzkörperring (29) in einem ersten Längenbereich (45) der Wälzlagereinrichtung (19= angeordnet sind, wobei der erste Längenbereich (45) in radialer Richtung nach außen hin überdeckungsfrei zu der Spule und/oder zu einem drehfest mit der Welle (16) verbundenen Träger (17), an welchem die Spule gehalten ist, angeordnet ist; und
- der zweite Wälzkörperring (23) und der vierte Wälzkörperring (31 ) in einem in axialer Richtung der Welle (16) auf den ersten Längenbereich (45) folgenden zweiten Längenbereich (46) der Wälzlagereinrichtung (19) angeordnet sind, wobei der zweite Längenbereich (46) in radialer Richtung nach außen hin durch die Spule und/oder durch den Träger (17) überdeckt ist.
Elektrische Maschine (1 ) nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (8) an dem Stator (2) über wenigstens eine in axialer Richtung der Welle (16) auf die Wälzlagereinrichtung (19) folgende und von der Wälzlagereinrichtung (19) beabstandete zweite Wälzlagereinrichtung (37) drehbar gelagert ist, welche eine dritte Wälzkörperreihe (38) umfasst, die einen fünften Wälzkörperring (39) mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung der Welle (16) aufeinanderfolgenden fünften Wälzköpern (40) aufweist, wobei in dem wenigstens einem Betriebszustand der elektrischen Maschine (1 ) die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die dritte Wälzkörperreihe (38) zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt.
10. Elektrische Maschine (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem wenigstens einen Betriebszustand der elektrischen Maschine (1 ) die Versorgung der Spule mit elektrischem Strom derart erfolgt, dass der elektrische Strom über die Welle (16) zu der Spule hin- oder von der Spule abfließt.
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