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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2006 021 489 A1 eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor. Die elektrische Maschine ist als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, wobei der Rotor einen Rotorkörper mit im Inneren des Rotorkörpers angeordneten Permanentmagneten sowie Flussbarrieren aufweist. Die Permanentmagnete bilden Pole der elektrischen Maschine aus, wobei im Bereich jedes Pols mindestens ein Permanentmagnet angeordnet ist.
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Um eine elektrische Maschine optimal betreiben zu können, ist es insbesondere von Bedeutung, mittels Sensoren Zustandsgrößen des Rotors zu erfassen und einer Steuereinrichtung der elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen. Bislang bereitet es Schwierigkeiten, solche Sensoren, die dem Rotor der elektrischen Maschine zugeordnet sind und zusammen mit dem Rotor rotiert, mit ausreichender elektrischer Energie zu versorgen.
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Beispielsweise ist die Dauerleistung einer elektrischen Maschine unter anderem durch die maximal zulässige Temperatur des Rotors, insbesondere der Magnete bei einer permanenterregten Synchronmaschine bzw. des Käfigs bei einer Asynchronmaschinen, begrenzt. Im Betrieb der elektrischen Maschine ist die aktuelle Rotortemperatur in der Regel nicht als Messgröße bekannt und wird mittels eines Temperaturmodells geschätzt. Dies führt dazu, dass ein Sicherheitsabstand zur Maximaltemperatur eingeplant werden muss, sodass die elektrische Maschine aufgrund dieses Sicherheitsabstandes nicht optimal betrieben werden kann. Wenn die Maximaltemperatur überschritten wird, besteht das Risiko einer Überhitzung und Beschädigung der elektrischen Maschine.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotor für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine weiterzuentwickeln. Insbesondere soll mittels des Rotors der Betrieb der elektrischen Maschine verbessert werden sowie das Risiko einer Überhitzung der elektrischen Maschine verringert werden. Ferner soll der Rotor einfach und schnell montierbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 und den Gegenstand von Patentanspruch 15. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine mit einer gepulsten Spannung betriebene elektrische Maschine, der Rotor aufweisend mindestens ein Sensorelement, das dazu eingerichtet ist, mindestens eine Zustandsgröße des Rotors zu erfassen, eine mit dem mindestens einen Sensorelement verbundene Signalverarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, aus der erfassten Zustandsgröße des Rotors Messdaten zu generieren und an eine Steuereinrichtung zu übermitteln sowie mindestens eine Induktionsspule, die mindestens einen elektrischen Leiter aufweist sowie zumindest mittelbar stirnseitig am Rotor angeordnet ist, wobei die Induktionsspule auf eine Modulation des Grundwellenfeldes abgestimmt und dazu eingerichtet ist, elektrische Energie aus einem während des Betriebs der elektrischen Maschine mit gepulster Spannung gebildeten Grundwellenfeld eines magnetischen Stirnstreufelds zu generieren.
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Mit anderen Worten weist der Rotor der mit gepulster Spannung betriebenen elektrischen Maschine sowohl das mindestens eine Sensorelement, optional mehrere Sensorelemente, als auch die Signalverarbeitungseinheit und die mindestens eine Induktionsspule mit dem mindestens einen elektrischen Leiter auf. Insbesondere sind das mindestens eine Sensorelement, die Signalverarbeitungseinheit und die mindestens eine Induktionsspule positionsfest mit dem Rotor verbunden und rotieren somit zusammen mit dem Rotor.
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Bevorzugt ist die mindestens eine Induktionsspule dazu eingerichtet, die Signalverarbeitungseinheit und/oder das mindestens eine Sensorelement mit elektrischer Energie zu versorgen. Mithin wird entweder die Signalverarbeitungseinheit mit elektrischer Energie versorgt oder das mindestens eine Sensorelement wird mit elektrischer Energie versorgt oder es werden sowohl die Signalverarbeitungseinheit als auch das mindestens eine Sensorelement mit elektrischer Energie versorgt.
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Vorteilhafterweise wird die gepulste Ausgangsspannung für den Betrieb der elektrischen Maschine mittels eines Frequenzumrichters erzeugt. Mittels der mindestens einen Induktionsspule ist es im Betrieb der elektrischen Maschine mit gepulster Spannung möglich, aus dem Grundwellenfeld des magnetischen Stirnstreufelds elektrische Energie zu gewinnen. Denn das Grundwellenfeld wird durch die gepulste Speisung durch den Frequenzumrichter moduliert. Die mindestens eine Induktionsspule ist auf die Modulation des Grundwellenfeldes abgestimmt und wird bei sich drehendem Rotor von dem sich ändernden Stirnstreufeld durchströmt, wodurch in der mindestens einen Induktionsspule ein elektrischer Strom bzw. eine elektrische Spannung induziert wird, die genutzt wird, um das mindestens eine Sensorelement und/oder die Signalverarbeitungseinrichtung, die drehfest am Rotor angeordnet sind und zusammen mit dem Rotor rotieren, mit elektrischer Energie zu versorgen. So kann auf Schleifringe und Batterien zur Energieversorgung der mit dem Rotor rotierenden Bauteile verzichtet werden, wodurch sich der Rotor einfach und schnell montieren lässt. Ferner ist die Generierung von elektrischer Energie mittels der mindestens einen Induktionsspule nicht von bestimmten Drehzahlbereichen des Rotors abhängig, weil die Frequenz des Magnetfeldes nicht starr mit der Drehzahl des Rotors gekoppelt ist. Die stirnseitige Anordnung der mindestens einen Induktionsspule am Rotor ist besonders vorteilhaft, weil die mindestens einen Induktionsspule dadurch nicht in den aktiven Teil des Rotors eingreift.
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Zur Erzeugung des gewünschten Drehmoments mittels der elektrischen Maschine wird die elektrische Maschine mit einem mehrphasigen sinusförmigen Strom gespeist. In der Regel wird dieser sinusförmige Strom durch einen schaltenden Umrichter erzeugt, welcher aus einem Gleichspannungs-Zwischenkreis durch geeignete Schaltvorgänge eine gepulste, näherungsweise rechteckförmige Spannung erzeugt. Durch eine Pulsweitenmodulation und eine Stromregelung wird ein sinusförmiger Strom angenähert, welcher jedoch zusätzlich zur Grundschwingung Oberschwingungen enthält. Diese Oberschwingungen führen auch im Stator-Magnetfeld zu Oberschwingungen derselben Frequenz. Von einem rotorfesten Beobachter aus betrachtet erscheinen diese Oberschwingungen als zeitlich variable Anteile, welche dem vom Rotor aus betrachtet zeitlich konstanten oder im Falle von Asynchronmaschinen niederfrequenten Grundwellenfeld überlagert sind. Diese zeitlich variablen Anteile haben dieselbe räumliche Wellenlänge wie das Grundwellenfeld und rotieren mit dem Grundwellenfeld mit. Bei Synchronmaschinen handelt es sich vom Rotor aus betrachtet also um eine stehende Welle. Bei Asynchronmaschinen ist es bezogen auf die synchrone Drehzahl eine stehende Welle. Die Wellenlänge der Grundwelle entspricht einer Polteilung.
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Das magnetische Stirnstreufeld wird an beiden Stirnseiten des Rotors ausgebildet und weist Feldlinien auf, die vom Stator zum Rotor verlaufen. Insbesondere wird das magnetische Stirnstreufeld von den Wickelköpfen des Stators beeinflusst. Die Feldlinien sind in magnetischer Hinsicht im Magnetkreis parallel zu den Feldlinien im Luftspalt. Daraus folgt, dass im Stirnstreufeld die gleichen Modulationen enthalten sind, die auch im Luftspaltfeld vorhanden sind. Die geometrische Richtung der Feldlinien im Stirnstreufeld unterscheidet sich jedoch von der Richtung der Feldlinien im Luftspaltfeld. Während die Feldlinien im Luftspaltfeld im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse verlaufen, haben die Feldlinien im Stirnstreufeld eine axiale Komponente. Bei einer rein sinusförmigen Speisung der elektrischen Maschine ist das rotierende Magnetfeld bei Synchronmaschinen vom Rotor aus betrachtet zeitlich konstant bzw. bei Asynchronmaschinen von einem mit der synchronen Drehzahl rotierenden Beobachter zeitlich konstant. Durch die gepulste Speisung der elektrischen Maschine durch den Umrichter ist diesem Feld jedoch eine zeitlich veränderliche Komponente überlagert. Dadurch wird in einer Spule, die sich im Stirnstreufeld befindet und die mechanisch fest mit dem Rotor verbunden ist, eine Spannung induziert. Daher kann über solch eine Induktionsspule elektrische Energie generiert werden.
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Das mindestens eine Sensorelement kann direkt am Rotor angeordnet werden und dort unmittelbar Zustandsgrößen des Rotors, insbesondere eine Temperatur des Rotors erfassen, um das Risiko einer Überhitzung der elektrischen Maschine zu verringern. Das mindestens eine Sensorelement ist zum Erfassen von absoluten Temperaturen ebenso geeignet wie zum Erfassen von Temperaturunterschieden. Beispielsweise ist die Temperatur des Rotors eine Zustandsgröße des Rotors. Beispielsweise ist das mindestens eine Sensorelement unmittelbar oder zumindest angrenzend am Entstehungsort der Zustandsgröße angeordnet. Ein kurzer Messweg zwischen dem mindestens einen Sensorelement und dem Entstehungsort der Zustandsgröße erhöht die Messgenauigkeit.
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Bevorzugt erfolgt die Energieübertragung zumindest zwischen der mindestens einen Induktionsspule und dem mindestens einen Sensorelement kabellos, vorzugsweise mittels Induktion. Alternativ kann das mindestens eine Sensorelement mittels Verkabelung mit der mindestens einen Induktionsspule verbunden sein.
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Insbesondere ist die Signalverarbeitungseinheit zur Signalübertragung bzw. Datenübertragung kabellos mit der Steuereinrichtung verbunden. Das mindestens eine Sensorelement ist zur Signalübertragung bzw. Datenübertragung vorzugsweise über eine Verkabelung mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung außerhalb des Rotors, jedoch innerhalb des Fahrzeugs angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Induktionsspule innerhalb eines Pols am Rotor angeordnet, wobei eine Spulenweite der mindestens einen Induktionsspule im Wesentlichen genau einer Polteilung entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Induktionsspule innerhalb eines Pols am Rotor angeordnet, wobei eine Spulenweite der mindestens einen Induktionsspule mindestens 50% bis 150% einer Polteilung entspricht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hinleiter ein Abschnitt des Spulenleiters der Induktionsspule, welcher auf der Rotorstirnseite im Wesentlichen in Richtung radial von innen nach außen oder von außen nach innen führt. Der Rückleiter ist ein weiterer Abschnitt des Spulenleiters, welcher auf der Rotorstirnseite im Wesentlichen in Richtung radial von innen nach außen oder von außen nach innen führt. Die Polteilung teilt die Stirnfläche in Kreissegmente auf, wobei jedes Kreissegment einem Pol entspricht. Im Folgenden wird unter der Polteilung die Ausdehnung eines so definierten Kreissegments in Umfangsrichtung verstanden. In anderen Worten entspricht die Polteilung auf der Rotorstirnseite ein Winkel in einem Polarkoordinatensystem um die Rotorachse. Der Abstand des Hinleiters zum Rückleiter entspricht dabei in etwa der Polteilung. Hat die Induktionsspule mehrere Windungen, so entspricht der mittlere Abstand in etwa der Polteilung. Bevorzugt beträgt der mittlere Abstand der Hinleiter zu den Rückleitern das 0,5 bis 1,5- fache der Polteilung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Achse der Induktionsspule im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse des Rotors ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Induktionsspule und der Rotor im Wesentlichen achsparallel zueinander angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Signalverarbeitungseinheit zumindest mittelbar stirnseitig am Rotor angeordnet. Alternativ oder ergänzend ist bevorzugt das mindestens eine Sensorelement zumindest mittelbar stirnseitig am Rotor angeordnet. Unter einer zumindest mittelbaren Anordnung eines Bauteils am Rotor ist zu verstehen, dass dieses Bauteil entweder direkt, also unmittelbar oder über ein einziges weiteres Bauteil, also mittelbar über dieses weitere Bauteil am Rotor angeordnet sein kann.
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Beispielsweise ist das mindestens eine Sensorelement in einem Bereich des Rotors angeordnet, der sich besonders stark bei Belastung der elektrischen Maschine erwärmt. Die zumindest mittelbare stirnseitige Anordnung zumindest der Signalverarbeitungseinheit, optional auch des mindestens einen Sensorelements ist vorteilhaft, da die Eigenschaften des Rotors, insbesondere die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der elektrischen Maschine, nicht negativ beeinfluss werden. Ferner ist die Stirnseite des Rotors nicht nur für die Montage, sondern auch für eine Wartung besonders gut zugänglich, wodurch der Rotor und die daran angeordneten Elemente einfach und schnell montiert werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Sensorelement in der Signalverarbeitungseinheit integriert. Mithin bilden das mindestens eine Sensorelement und die Signalverarbeitungseinheit ein einziges Bauteil aus, das am Rotor angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Sensorelement im Inneren des Rotors angeordnet. Mit anderen Worten ist das mindestens eine Sensorelement nicht an einer Oberfläche des Rotors, sondern in einer Aussparung im Rotor angeordnet. Insbesondere ist das mindestens eine Sensorelement derart im Inneren des Rotors angeordnet, dass ein Entstehungsort der Zustandsgröße in unmittelbarer Nähe des Sensorelements ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Induktionsspule auf einer Platine angeordnet. Diese Ausführungsform ist nicht nur besonders montagefreundlich, sondern auch fertigungsoptimiert. Unter einer Platine ist eine Leiterplatte, also ein flaches Element mit zwei relativ großen Stirnflächen zu verstehen, wobei eine der Stirnflächen zur Anordnung an den Rotor und die andere Stirnfläche zur Aufnahme der Induktionsspule ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Leiter stirnseitig an der Platine angeordnet und fest mit der Platine verbunden, um die Induktionsspule auf der Platine auszubilden. Vorzugsweise ist die Platine stirnseitig am Rotor angeordnet und kommt unmittelbar am Rotor zur Anlage. Beispielsweise ist die Platine mittels Klebstoff an der Stirnseite des Rotors fixiert. Mithin sind zwischen der Stirnseite des Rotors und der zum Rotor weisenden Stirnseite der Platine keine weiteren Bauteile, sondern optional nur Klebstoff angeordnet. Der Klebstoff kann punktuell, zumindest teilweise flächig oder vollflächig zwischen Rotor und Platine aufgetragen sein. Beispielsweise ist die Platine starr oder zumindest teilweise flexibel und teilweise starr, insbesondere semiflexibel ausgebildet. Eine starre Platine bietet den Vorteil einer hohen Festigkeit und Formbeständigkeit auch bei hohen Drehzahlen des Rotors.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Signalverarbeitungseinheit in die Platine integriert. Mithin ist die Signalverarbeitungseinheit fester Bestandteil der Platine. Durch die Integration werden separate Bauteile eingespart.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Leiter der mindestens einen Induktionsspule in die Platine integriert, also fester Bestandteil der Platine. Insbesondere ist der Leiter der mindestens einen Induktionsspule auf die Platine gedruckt. Durch die Integration werden separate Bauteile eingespart. Vorzugsweise weist der Leiter der mindestens einen Induktionsspule mehrere in radialer Richtung ausgebildete Zähne auf. Beispielsweise erstreckt sich der jeweilige Zahn des Leiters in Umfangsrichtung über eine gesamte Polteilung oder zumindest 50% der Polteilung. Die Zähne sind gleichmäßig verteilt ausgebildet. Beispielsweise weist der Rotor eine Polpaarzahl von drei auf, wobei der Leiter dementsprechend drei Zähne aufweist, die in Umfangsrichtung umlaufend in einem Bereich angrenzend an einem Außenumfang der Platine angeordnet sind. Vorzugsweise entspricht die Zähnezahl des Leiters der Polpaarzahl des Rotors.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen Frequenzumrichter, der dazu eingerichtet ist, eine gepulste Ausgangsspannung zum Betrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen, eine Steuereinrichtung zum Steuern der elektrischen Maschine sowie einen Stator und einen erfindungsgemäßen Rotor. Zwischen dem Stator und dem Rotor ist ein Luftspalt ausgebildet. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise im Fahrzeug angeordnet und dient zum Steuern und Regeln der elektrischen Maschine. Insbesondere ist die elektrische Maschine als Drehfeld-Maschine ausgebildet. Der Frequenzumrichter stellt insbesondere eine gepulste Ausgangsspannung bereit. Der gewünschte periodisch alternierende Stromverlauf wird durch eine Stromregelung in Verbindung mit einem Puls-Generierungsverfahren erzeugt, beispielsweise durch eine Pulsweitenmodulation.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine. Insbesondere ist das Fahrzeug als Kraftfahrzeug, beispielsweise PKW ausgebildet, wobei die elektrische Maschine als Antriebsmaschine des Fahrzeugs eingerichtet ist, um das Fahrzeug zumindest teilweise oder vollständig elektrisch anzutreiben. Mithin ist das Fahrzeug vorzugsweise als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet.
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Im Folgenden werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 2 eine stark vereinfachte schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Stator und einem Rotor,
- 3 eine stark vereinfachte schematische Detaildarstellung eines Ausschnittes der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine gemäß 2,
- 4 eine stark vereinfachte schematische Seitenansicht des Rotors gemäß 2 und 3,
- 5 eine stark vereinfachte schematische Längsschnittdarstellung des Rotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 6 eine stark vereinfachte schematische Seitenansicht des Rotors nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 umfasst ein Fahrzeug 100 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 2, die zum Antrieb des Fahrzeugs 100 eingerichtet ist. Vorliegend ist die elektrische Maschine 2 als Drehfeldmotor ausgebildet. Dazu ist die elektrische Maschine 2 antriebswirksam, beispielsweise über Wellen 17 und optional über weiteren Bauteilen mit Antriebsrädern 20 des Fahrzeugs 100 verbunden. Ferner wird die elektrische Maschine 2 von einer Steuereinrichtung 5, die im Fahrzeug 100 angeordnet ist, angesteuert und betrieben. Insbesondere dient die Steuereinrichtung 5 dazu, die elektrische Maschine 2 während des Betriebs vor Überhitzung zu schützen, indem die maximale Leistung der elektrischen Maschine 2, insbesondere an eine aktuell gemessene Temperatur des Rotors 1 angepasst wird. Dazu ist die Steuereinrichtung 5 signalübertragend mit der elektrische Maschine 2 verbunden.
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2 zeigt die elektrische Maschine 2, welche die Steuereinrichtung 5 zum Steuern der elektrischen Maschine 2 sowie einen Stator 11 und einen Rotor 1 aufweist. Ferner weist die elektrische Maschine 2 einen Frequenzumrichter 200 auf, der eine gepulste Ausgangsspannung zum Betrieb der elektrischen Maschine 2 erzeugt. Zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 1 ist ein Luftspalt 18 ausgebildet. Der Rotor 1 ist drehfest mit einer Rotorwelle 14 verbunden. Im Gehäuse 13 der elektrischen Maschine 2 ist stirnseitig am Rotor 1 eine Signalverarbeitungseinheit 4 mit einem Sensorelement 3 angeordnet. Das Sensorelement 3 ist in die Signalverarbeitungseinheit 4 integriert. Alternativ kann das Sensorelement 3 im Inneren des Rotors 1 angeordnet sein. Ferner ist eine Induktionsspule 7 stirnseitig am Rotor 1 angeordnet und dazu eingerichtet, elektrische Energie zu generieren, um das Sensorelement 3 sowie die Signalverarbeitungseinheit 4 mit elektrischer Energie zu versorgen. Eine Achse A der Induktionsspule 7 ist im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse B des Rotors 1 ausgebildet. Der Stator 11 weist einen als Statorblechpaket ausgebildeten Statorkörper sowie mehrere vom Statorkörper aufgenommene Spulen und beidseitig axial aus dem Stator 11 herausragende Wickelköpfe 16 auf. Der Rotor 1 weist einen als Rotorblechpaket ausgebildeten Rotorkörper und mehrere im Inneren des Rotorkörpers angeordnete Permanentmagnete auf.
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Das Sensorelement 3 erfasst eine Temperatur am Rotor 1 als Zustandsgröße des Rotors 1 und übermittelt diese Zustandsgröße an die Signalverarbeitungseinheit 4. Optional können mehrere Sensorelemente 3 am Rotor 1 angeordnet sein, die beispielsweise unterschiedliche Zustandsgrößen des Rotors 1 erfassen. Die Signalverarbeitungseinheit 4 generiert aus den erfassten Zustandsgrößen des Rotors 1 Messdaten und übermittelt diese an die im Fahrzeug 100 verbaute Steuereinrichtung 5. Die Steuereinrichtung 5 ist kabellos, beispielsweise über Funk mit der Signalverarbeitungseinrichtung 4 am Rotor 1 verbunden und zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 2 unter Berücksichtigung von Anforderungen eines Fahrers sowie Betriebsparameter der elektrischen Maschine 2, insbesondere Betriebsparameter bzw. Zustandsgrößen des Rotors 1, eingerichtet.
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3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der mit einer gepulsten Spannung betriebenen elektrischen Maschine 2 aus 2. Der Rotor 1 ist drehbar im Inneren des Stators 11 angeordnet, wobei zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 1 der Luftspalt 18 ausgebildet ist. In dem Luftspalt 18 ist ein magnetisches Feld 15 zwischen einer Innenumfangsfläche des Stators 11 und einer Außenumfangsfläche des Rotors 1 ausgebildet. Ferner ist auch ein magnetisches Stirnstreufeld 12 stirnseitig vom Stator 11 zum Rotor 1 ausgebildet. Die Induktionsspule 7 ist auf eine Modulation des Grundwellenfeldes abgestimmt und dazu eingerichtet, elektrische Energie aus einem während des Betriebs der elektrischen Maschine 2 mit gepulster Spannung gebildeten Grundwellenfeld des magnetischen Stirnstreufelds 12 zu generieren, um mit dieser elektrischen Energie das Sensorelement 3 und die Signalverarbeitungseinheit 4 zu versorgen. Alternativ können weitere Induktionsspulen 7 zur Generierung von elektrischer Energie aus dem sich zeitlich verändernden magnetischen Stirnstreufeld 12 angeordnet sein.
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4 zeigt die Stirnseite des Rotors 1 gemäß 2 und 3. Der Stator ist ausgeblendet. Die Induktionsspule 7 ist innerhalb eines Pols am Rotor 1 angeordnet, wobei eine Spulenweite 6 der Induktionsspule 7 im Wesentlichen genau einer Polteilung P entspricht. Vorliegend weist der Rotor 1 eine Polpaarzahl von drei, also insgesamt 6 Pole auf. Die Spulenweite 6 gibt den Abstand in Umfangsrichtung zwischen den gegenüberliegenden Leiterabschnitten des Leiters 8 der Induktionsspule 7 an. Die Signalverarbeitungseinheit 4 ist unmittelbar stirnseitig am Rotor 1 angeordnet, wobei das Sensorelement 3 in die Signalverarbeitungseinheit 4 integriert ist. Die Induktionsspule 7 ist über eine elektrische Leitung 19 mit der Signalverarbeitungseinheit 4 und dem darin integrierten Sensorelement 3 verbunden. Zur Umwandlung des Wechselstrom in Gleichstrom und Bereitstellen des Gleichstroms für das Sensorelement 3 weist die Signalverarbeitungseinheit 4 beispielsweise einen nicht näher dargestellten, jedoch allgemein bekannten Schwingkreis, einen Gleichrichter und einen Kondensator auf.
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In 5 ist eine zweite Ausführungsform des Rotors 1 dargestellt. Vorliegend ist die Induktionsspule 7 auf einer Platine 10 angeordnet, wobei die Platine 10 stirnseitig am Rotor 1 angeordnet ist und unmittelbar am Rotor 1 zur Anlage kommt. Ein Klebstoff zwischen der Platine 10 und dem Rotor 1 fixiert die Platine 10 stirnseitig am Rotor 1.
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Vorliegend ist die Platine 10 innerhalb eines Pols am Rotor 1 angeordnet. Die Signalverarbeitungseinheit 4 ist in die Platine 10 integriert und das Sensorelement 3 ist im Inneren des Rotors 1 angeordnet. Die Signalverarbeitungseinheit 4, das Sensorelement 3 und die Induktionsspule 7 sind über elektrische Leitungen 19 wirksam miteinander verbunden.
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6 zeigt eine dritte Ausführungsform des Rotors 1, wobei vorliegend nur die Stirnseite einer daran angeordneten Platine 10 sichtbar ist. Im Gegensatz zu der Platine 10 gemäß 5 ist gemäß der dritten Ausführungsform des Rotors 1 der Leiter 8 der Induktionsspule 7 in die Platine 10 integriert, vorliegend als gedruckte Leiterbahn ausgebildet. Der Leiter 8 ist in einem Bereich angrenzend an einem Außenumfang der Platine 10 in Umfangsrichtung umlaufend sowie nicht überlappend ausgebildet. Ferner weist der Leiter 8 in radialer Richtung drei Zähne 9 auf. Alle Zähne 9 sind identisch ausgebildet und gleichmäßig umlaufend verteilt, wobei jeder Zahn 9 innerhalb eines Pols am Rotor 1 angeordnet ist und sich derart erstreckt, dass sein Abmaß im Wesentlichen genau einer Polteilung P entspricht. Vorliegend weist der Rotor 1 eine Polpaarzahl von drei, also insgesamt 6 Pole auf. Die Signalverarbeitungseinheit 4 ist zusammen mit dem Sensorelement 3 in die Platine 10 integriert. Die Signalverarbeitungseinheit 4, und die Induktionsspule 7 sind über elektrische Leitungen 19 wirksam miteinander verbunden. Der Durchmesser der Platine 10 entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser des Rotors 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2
- elektrische Maschine
- 3
- Sensorelement
- 4
- Signalverarbeitungseinheit
- 5
- Steuereinrichtung
- 6
- Spulenweite
- 7
- Induktionsspule
- 8
- elektrischer Leiter
- 9
- Zahn
- 10
- Platine
- 11
- Stator
- 12
- Stirnstreufeld
- 13
- Gehäuse
- 14
- Rotorwelle
- 15
- magnetisches Feld im Luftspalt
- 16
- Wickelkopf
- 17
- Welle
- 18
- Luftspalt
- 19
- elektrische Leitung
- 20
- Antriebsrad
- 100
- Fahrzeug
- 200
- Frequenzumrichter
- A
- Achse der Induktionsspule
- B
- Drehachse des Rotors
- P
- Polteilung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006021489 A1 [0002]