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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Elektromaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 14 und eine Hybridantriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
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Stand der Technik
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Elektromaschinen als Elektromotoren oder als Generatoren werden für verschiedene technische Anwendungen eingesetzt. Die Elektromaschine umfasst dabei einen Rotor. Der Rotor weist dabei einen Hohlwellenabschnitt auf, der als Hohlwelle ausgebildet ist. An dem Hohlwellenabschnitt des Rotors sind Lamellen und im Allgemeinen Permanentmagnete befestigt. In nachteiliger Weise weist somit der Rotor neben einer ohne Hohlraum ausgebildeten Welle an zwei Endabschnitten auch zwischen den Endabschnitten einen Bereich auf, der als Hohlwellenabschnitt oder als Hohlwelle ausgebildet ist. Eine derartige Welle mit einem Hohlraum ist jedoch aufwendig und teuer in der Herstellung und ferner weist auch der Hohlwellenabschnitt des Rotors ein nicht unerhebliches Gewicht auf.
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Die
DE 10 2006 012 554 A1 zeigt einen Rotor mit einem Stator, mit Statorpolen und mehreren Eisenkernen, deren Schenkel den Stator bilden sowie Wicklungen auf jeden der Eisenkerne aufweisen. Ein Rotor ist dabei mit Rotorzähnen versehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäßer Rotor für eine Elektromaschine zur Ausführung einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse, umfassend eine Welle mit einem ersten und zweiten Endabschnitt sowie einem Verbindungsabschnitt als Hohlwellenabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt zur Verbindung des ersten Endabschnittes mit dem zweiten Endabschnitt, wobei die Welle mehrteilig ist. Damit kann in vorteilhafter Weise das Gewicht des Hohlwellenabschnittes reduziert und außerdem bei der Herstellung des Rotors Kosten eingespart werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Verbindungsabschnitt mehrteilig mit Verbindungselementen.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der erste Endabschnitt, der zweite Endabschnitt und der Verbindungsabschnitt separate Bauteile.
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Zweckmäßig sind die Verbindungselemente lösbar an dem ersten und/oder zweiten Endabschnitt befestigbar.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung sind tangential bezüglich der Rotationsachse die Verbindungselemente aufeinanderfolgend angeordnet und zwischen den Verbindungselementen sind axiale Ausnehmungen ausgebildet.
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In eine zusätzlichen Variante weist die Welle am ersten und zweiten Endabschnitt je eine Scheibe auf, insbesondere sind die Scheiben punktsymmetrisch zu der Rotationsachse.
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Vorzugsweise begrenzen die Scheiben den Hohlwellenabschnitt begrenzen.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst das wenigstens eine Verbindungselement wenigstens einen Bolzen oder wenigstens einen Stift.
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In einer Variante weisen die Scheiben wenigstens eine axial Bohrung zur Aufnahme des wenigstens einen Bolzens oder des wenigstens einen Stiftes auf und der wenigstens eine Bolzen oder der wenigstens eine Stift ist in der wenigstens einen axialen Bohrung angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der wenigstens eine Bolzen oder wenigstens eine Stift lösbar, z. B. mittels einer Schraubverbindung, an den Scheiben befestigt. Der Bolzen und/oder der Stift ist damit lösbar befestigt, so dass der Rotor einfach montiert und demontiert werden kann. Dadurch können Kosten eingespart werden.
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In einer Variante weisen wenigstens zwei Bolzen oder wenigstens zwei Stifte den gleichen Abstand zu der Rotationsachse auf und/oder weisen tangential bezüglich der Rotationsachse den gleichen Abstand auf.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst der Rotor Permanentmagnete und/oder an den Verbindungselementen sind Lamellen angeordnet sind.
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In einer ergänzenden Ausführungsform sind die Lamellen und/oder die Permanentmagnete an wenigstens einer Scheibe und/oder wenigstens einem Bolzen und/oder wenigstens einem Stift befestigt, insbesondere sind die Lamellen und/oder die Permanentmagnete unter Vorspannung zwischen zwei Scheiben eingeklemmt sind.
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In einer zusätzlichen Variante weisen die Lamellen eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme des wenigstens einen Bolzens oder des wenigstens einen Stiftes auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Permanentmagnete in Ausnehmungen der Lamellen axial durchgehend angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist bei einem fiktiven Zylinder dessen Zylinderachse zu einer Rotationsachse des Rotors identisch ist in tangentialer Richtung an einer Wandung des fiktiven Zylinders der Verbindungsabschnitt nur teilweise ausgebildet und/oder eine Wandung des fiktiven Zylinders schneidet die wenigstens eine axiale Ausnehmung und den Verbindungsabschnitt außerhalb eines Hohlraumes in einem Schnitt senkrecht zu der Rotationsachse, wobei der Schnitt auch den Hohlraum schneidet. Der Radius des fiktiven Zylinders, welcher dem Abstand der Wandung von der Zylinderachse entspricht, liegt dabei in einem Bereich, so dass die Wandung des fiktiven Zylinders in dem Verbindungsabschnitt, d. h. in dem Verbindungsabschnitt aus z. B. Stahl, liegt und die Wandung nicht in dem Hohlraum liegt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Welle als Bauteile ein erstes Endteil mit dem ersten Endabschnitt und der Scheibe, ein zweites Endteil mit dem zweiten Endabschnitt und der Scheibe sowie wenigstens einen Bolzen oder wenigstens einen Stift. Die Welle umfasst damit als Bauteile das erste und zweite Endteil sowie die Bolzen. Diese Bauteile für den Rotor können einfach hergestellt werden und brauchen anschließend nur durch die Schrauben miteinander lösbar verbunden werden. Die Herstellung des Rotors kann damit wesentlich vereinfacht und zusätzlich kann auch in vorteilhafter Weise aufgrund der axialen Ausnehmungen zwischen den Bolzen oder den Stiften Gewicht am Hohlwellenabschnitt des Rotors eingespart werden.
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Erfindungsgemäße Elektromaschine, umfassend einen Stator, vorzugsweise mit Elektromagneten, einen Rotor, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, wobei der Rotor als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebener Rotor ausgebildet ist.
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Eine erfindungsgemäße Hybridantriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine umfasst eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Elektromaschine und/oder die Elektromaschine umfasst einen in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Rotor.
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In einer zusätzlichen Variante ist die Elektromaschine ein Elektromotor oder ein Generator.
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Zweckmäßig ist die Elektromaschine eine Synchronmaschine.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Elektromaschine eine elektronische Steuerschaltung zur Bestromung der Spulen am Stator.
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Zweckmäßig weist der Rotor Mittel zur Start-Positionierung des Rotors auf.
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In einer weiteren Variante ist der Rotor mittels einer Lagerung, insbesondere eine Gleitlagerung oder eine Wälzlagerung, gelagert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt eines aus dem Stand bekannten Rotors,
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2 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Elektromaschine,
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3 eine Schnitt A-A gemäß 2 eines erfindungsgemäßen Rotors und
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4 eine stark vereinfachte Darstellung einer Hybridantriebseinrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Rotor 4 für eine Elektromaschine 1 dargestellt. Der Rotor 4 umfasst eine einteilige Welle 5 mit einem ersten Endabschnitt 6 und einem zweiten Endabschnitt 7. Zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt 6, 7 ist ein Verbindungsabschnitt 8 als Hohlwellenabschnitt 9 angeordnet, der den ersten Endabschnitt 6 mit dem zweiten Endabschnitt 7 verbindet. Der Hohlwellenabschnitt 9 bzw. der Verbindungsabschnitt 8 ist eine Hohlwelle mit einem Hohlraum 10. In einem nicht dargestellten Schnitt senkrecht zu der Zeichenebene von 1 ist somit der Hohlwellenabschnitt 9 ein vollständig geschlossener Kreisring. An dem Hohlwellenabschnitt 9 sind Lamellen 15 und Permanentmagnete 14 angeordnet. Der Rotor 4 ist dabei um eine Rotationsachse 13 beweglich, d. h., er kann eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 13 ausführen. Der Hohlwellenabschnitt 9 ist damit schwierig herzustellen und andererseits weist der Hohlwellenabschnitt 9 auch ein großes Gewicht auf.
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In 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Elektromaschine 1 dargestellt, die als Elektromotor 2 oder Generator 3, beispielsweise in einer Hybridantriebseinrichtung 31 mit einem Verbrennungsmotor 32 und der Elektromaschine 1, eingesetzt werden kann (4). Die Hybridantriebseinrichtung 31 kann beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden und weist dann vorzugsweise zusätzlich Batterien 12 auf. Die Batterien 12 können beispielsweise bei einem Stillstand des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges aufgeladen werden und mittels elektrischer Energie aus den Batterien 12 sowie der Elektromaschine 2 kann das Kraftfahrzeug bewegt werden.
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Die Elektromaschine 1 weist ein Gehäuse 30 auf, das mittels einer Wälzlagerung 29 an der rotierenden mehrteiligen Welle 5 des Rotors 4 angeordnet bzw. gelagert ist. In analoger Weise zu dem Rotor 4 aus dem Stand der Technik (1) weist auch der erfindungsgemäße Rotor 4 die Welle 5, den ersten und zweiten Endabschnitt 6, 7 und den Verbindungsabschnitt 8 bzw. den Hohlwellenabschnitt 9 auf, d. h. die Welle 5 ist mehrteilig. Der Verbindungsabschnitt 8 wird dabei von Verbindungselementen 33, d. h. acht Bolzen 19 oder Stiften 20, gebildet (3), so dass der Verbindungsabschnitt 8 mehrteilig ist mit den Verbindungselementen 33 als separate Bauteile 24. Der erste Endabschnitt 6 besteht dabei beim erfindungsgemäßen Rotor 4 aus einem ersten Endteil 25. Das erste Endteil 25 als ein separates Bauteil 24 umfasst die in 2 dargestellte linke Welle 5 als Vollprofil (kein Hohlraum) sowie einer Scheibe 18. Die Scheibe 18 ist dabei senkrecht zu der Rotationsachse 13 des Rotors 4 ausgerichtet. In analoger Weise umfasst das zweite Endteil 26 als separates Bauteil 24 die in 2 rechts dargestellte Welle 5 als Vollprofil sowie die daran ausgebildete Scheibe 18. In den Scheiben 18 sind axiale Bohrungen 23 eingearbeitet. In diesen axialen Bohrungen 23 sind die Bolzen 19 angeordnet und mittels Schrauben 21, d. h. mit einer Schraubverbindung 22, an den Scheiben 18 und damit an dem ersten und zweiten Endteil 25 und 26 befestigt. Zwischen den Bolzen 19 als Verbindungsabschnitt 8 sind somit axiale Ausnehmungen 11 vorhanden (3). Dadurch weist in vorteilhafter Weise der Verbindungsabschnitt 8 gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten Verbindungsabschnitt 8 gemäß 1 ein geringeres Gewicht auf. Denkt man sich somit einen in 2 und 3 strichliert dargestellten fiktiven Zylinder 16 in die Elektromaschine 1 eingefügt, wobei eine fiktive Zylinderachse 17 des Zylinders 16 identisch zu der Rotationsachse 13 des Rotors 4 ist und die im Querschnitt gemäß 3 kreisförmige Wandung des fiktiven Zylinders 16 die Bolzen 19 zentrisch schneidet, ist der Verbindungsabschnitt 8 des Rotors 4, d. h. die Bolzen 19, in tangentialer Richtung bezüglich des fiktiven Zylinders 16 nur teilweise ausgebildet, weil zwischen den Bolzen 19 axiale Ausnehmungen 11 vorhanden sind.
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Die Herstellung des Rotors 4 ist damit einfach und preiswert. Zunächst sind das erste und das zweite Endteil 25 und 26 herzustellen. Das erste und zweite Endteil 25 und 26 können anschließend einfach mittels der Bolzen 19 und der Schrauben 21 miteinander verbunden werden. Zwischen den Scheiben 18 werden dabei die Lamellen 15 eingefügt, die bezüglich der Rotationsachse 13 übereinandergeschichtet sind. Mittels der Schrauben 21 können somit die Lamellen 15 zwischen den Scheiben 18 zusammengedrückt bzw. zusammengepresst werden, sodass die Lamellen 15 sowohl kraftschlüssig als auch formschlüssig befestigt sind. Die formschlüssige Befestigung resultiert daraus, dass die Lamellen 15 ebenfalls axiale Bohrungen aufweisen, in denen die Bolzen 19 angeordnet sind. Auf den Lamellen 15 sind Permanentmagnete 14 befestigt.
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Das erste und zweite Endteil 25, 26 und die Bolzen 19 bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium. Auch das Gehäuse 30 besteht aus Metall, insbesondere Stahl oder Aluminium. Am Gehäuse 30 ist ferner ein Stator 27 mit Elektromagneten 28 befestigt.
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Zur Übertragung eines Drehmoments von dem ersten Endteil 25 auf das zweite Endteil 26 werden im Wesentlichen die Bolzen 19 eingesetzt. Darüber hinaus können auch die Lamellen 15 einen Beitrag zur Übertragung eines Drehmoments vom ersten Endteil 25 auf das zweite Endteil 26 leisten, weil die Lamellen 15 aufgrund Vorspannung zwischen den Scheiben 18 kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
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Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die Elektromaschine 1 bzw. der Rotor 4 sind einerseits wesentlich einfacher herzustellen, weil der aufwendige und kompliziert herzustellende Hohlwellenabschnitt 9 gemäß dem Stand der Technik durch den Hohlwellenabschnitt 9 mit Bolzen 19 ersetzt ist. Ferner kann aufgrund der axialen Ausnehmungen 11 in dem Verbindungsabschnitt 8 das Gewicht des Rotors 4 und der Elektromaschine 1 reduziert werden, sodass damit zusätzliche Vorteile, insbesondere bei einem Einsatz der Elektromaschine 1 in einem Kraftfahrzeug, verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006012554 A1 [0003]