AT523028A1

AT523028A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: AT523028A1
Application number: ATA50823/2019A
Authority: AT
Inventors: Dorfbauer Mag Christian; Andessner Dipl Ing Dr Dietmar; Dipl Ing Stetina Gerold; Lucas Frühwirth Philipp
Original assignee: Miba Emobility Gmbh
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-15
Also published as: WO2021056039A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) umfassend einen Rotor (4) und einen Stator (3), wobei der Stator (3) mehrere Statorpole aufweist, die über den Umfang des Stators (3) verteilt angeordnet sind, wobei die Statorpole voneinander unter Ausbildung von Zwischenräumen (11) beabstandet sind, und wobei radial unterhalb der Statorpole ein erstes Getrieberad (10) angeordnet ist, das vom Ro- tor (4) angetrieben wird. In zumindest einem der Zwischenräume (11) ist zwischen den Statorpolen ein Übertragungselement zur Übertragung der Drehbewegung des ersten Getrieberades (10) auf ein weiteres Getrieberad (12) angeordnet.

Description

das vom Rotor angetrieben ist.

Elektrisch angetriebene Systeme arbeiten häufig mit Gleichstrommotoren, die mit sehr hohen Drehzahlen (bis zu 20.000 U/min) betrieben werden. Um die hohe Drehzahl auf die anwendungsspezifischen geringere Geschwindigkeit zu bringen, werden Getriebe eingesetzt, die Übersetzungsverhältnisse von bis zu 1 : 1.000

aufweisen. Dementsprechend groß ist der Platzbedarf für derartige Antriebe.

Aus dem Stand der Technik sind auch Hybrid-Maschinen bekannt. So beschreibt die US 2016/072362 A1 einen Hybrid-Axialflussgenerator, umfassend einen oder mehrere Axialflussgeneratoren, wobei der Generator mindestens einen Rotor mit einem oder mehreren Magneten umfasst, und wobei der Rotor ferner mindestens ein Zahnrad, eine Zahnriemenscheibe, eine Riemenscheibe, ein Kettenrad, ein

Reibrad als mechanisches Energieübertragungsmittel umfasst. Doch auch hier ist

der Platzbedarf des Antriebes noch relativ groß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Maschine mit einem mechanischen Antrieb zur Verfügung zu stellen, die einen gerin-

gen Bauraum erfordert.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten elektrischen Maschine dadurch

gelöst, dass in zumindest einem der Zwischenräume zwischen den Statorpolen

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berades auf ein weiteres Getrieberad angeordnet ist.

Von Vorteil ist dabei, dass durch die Ausnutzung der Zwischenräume zwischen den Statorpolen für das Übertragen der mechanischen Bewegungsenergie vom ersten auf das weitere Getrieberad bereits ein Teil eines Getriebes, beispielsweise eines Übersetzungsgetriebes, baumraumschonend in die elektrische Maschine eingebracht werden kann, sodass auf ein auf eine Rotorwelle zur Gänze außenseitig aufgesetztes Getriebe verzichtet werden kann. Dies wiederum ermöglicht eine Verkürzung der axialen Baulänge der elektrischen Maschine. Es ist damit auch eine elektrische Maschine herstellbar, die weniger bewegte Teile aufweist, einen geringeren Geräuschpegel hat und die hohe Drehmomente übertragen

kann, insbesondere wenn die elektrische Maschine eine Axialflussmaschine ist.

Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann gemäß einer Ausführungsvariante der elektrischen Maschine vorgesehen sein, dass das erste Getrieberad ausschließlich im Freiraum angeordnet ist, der durch den Innenumfang des Stators

und dessen axiale Baulänge definiert ist.

Um die elektrische Maschine in unterschiedlichsten Anwendungen einsetzen zu können, kann nach Ausführungsvarianten vorgesehen sein, dass:

- dass das erste und das weitere Getrieberad Riemenräder sind und das Übertragungselement ein Riemen ist;

- dass das erste und das weitere Getrieberad Kettenräder sind und das Übertragungselement eine Kette ist;

- dass das erste Getrieberad ein Zahnrad und Teil eines Winkelgetriebes ist, und dass das Übertragungselement eine Welle ist, die mit einem Zahnrad des Winkel-

getriebes verbunden ist.

Zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments kann bei der Ausführungsvariante der elektrischen Maschine mit dem Riementrieb vorgesehen sein, dass die Rie-

menräder Zahnriemenräder sind und der Riemen eine Zahnriemen ist.

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vermieden werden kann.

Ebenfalls zur Vermeidung von Beschädigungen der Statorspulen kann generell vorgesehen sein, dass in dem Zwischenraum, durch den das Übertragungselement geführt ist, ein Schutzelement angeordnet ist, in dem das Übertragungsele-

ment angeordnet ist.

Zur Schaffung von Bauraum für das Übertragungsmittel zur Übertragung der mechanischen Bewegungsenergie kann nach weiteren Ausführungsvarianten der elektrischen Maschine vorgesehen sein, dass die Zwischenräume zwischen den Statorpolen unterschiedlich groß sind und/oder dass die magnetischen Flusssammler asymmetrisch angeordnet oder asymmetrisch zueinander ausgebildet

sind.

Gemäß einer weiteren, bauraumreduzierenden Ausführungsvariante der elektrischen Maschine kann vorgesehen sein, dass der Rotor nur über ein Lagerelement

gelagert ist, das am Rotor oder am Stator angeordnet ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden

Figuren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Ausführungsvariante einer elektrischen Maschine mit Umschlingungstrieb;

Fig. 2 ein Detail der elektrischen Maschine nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Detail einer anderen Ausführungsvariante der elektrischen Maschine;

Fig. 4 ein Winkelgetriebe;

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Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-

angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine elektrische Maschine 1 (im Folgenden nur mehr Maschine 1), insbesondere eine Axialflussmaschine zumindest ausschnittsweise. Die Maschine 1 umfasst ein fakultatives Gehäuse 2, einen Stator 3 und zumindest einen Rotor 4. In der dargestellten Ausführungsvariante umfasst die Axialflussmaschine 1 nur einen Stator 3. Es ist aber auch möglich, dass die Maschine 1 zwei Statoren 3 aufweist, zwischen denen der Rotor 4 angeordnet ist. In diesem Fall können beide Statoren 3 entsprechend der Erfindung ausgebildet sein, wie dies im

nachfolgenden näher beschrieben wird. Auf dem Rotor 4 sind Magnete 5, beispielsweise Permanentmagnete, angeordnet.

Der Stator 3 weist mehrere Statorzähne 6 auf, die in Fig. 1 nur angedeutet sind. Diese weisen eine Spulenwicklung 7 (in Fig. 2 nur schematisch angedeutet). Die Statorzähne 6 mit den Spulenwicklungen 7 bilden die Statorpole, sodass also der Stator 3 mehrere Statorpole aufweist, die in einer Umfangsrichtung 8 des Stators 3 verteilt über dessen Umfang angeordnet sind, wie dies aus den Fig. 1 und 2 er-

sichtlich ist.

Weiter weist der Stator 4 ein, insbesondere plattenförmiges, Rückschlusselement

9 auf, an dem die Statorzähne 6 anliegen.

Für die bessere Ausnutzung des Maschinenraums kann/können die Zahnfüße und/oder die Zahnköpfe einen größere Querschnittsfläche als der Rest der Statorzähne 6, sodass sie vorragend (vollumfänglich) ausgebildet sein können.

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Die Anzahl der in den Figuren dargestellten Statorzähne 6 ist nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr richtet sich deren Anzahl nach den gewünschten Leis-

tungsmerkmalen der Maschine 1.

Im Zentrum der Maschine 1, also radial unterhalb der Statorzähne 6 ist ein erstes Getrieberad 10 angeordnet. Dieses erste Getrieberad 10 wird vom Rotor 4 angetrieben. Dazu ist es mit dem Rotor 4 drehfest verbunden, beispielsweise über eine Welle.

Die Statorpole sind voneinander beabstandet angeordnet, sodass zwischen den

Statorpolen ist jeweils ein Zwischenraum 11 ausgebildet.

Um nun die Drehbewegung des ersten Getrieberades 10 auf ein weiteres Getrieberad 12 weiterzuleiten, ist bei dieser Ausführungsvariante der Maschine ein Zugmittel 13 vorgesehen. Das Zugmittel 13 erstreckt sich durch zumindest einen der Zwischenräume 11. In der dargestellten Ausführungsvariante ist als Zugmittel 13 ein Riemen vorgesehen. Dieser ist, wie dargestellt, in zwei, insbesondere nebeneinanderliegenden, Zwischenräumen 11 des Stators 3 angeordnet, d.h. ein Zwischenraum 11 dient dem Hinauslaufen des Zugmittels 13 aus dem Stator 3 und der andere Zwischenraum dem Rücklaufen des Zugmittels 13 in den Stator 3, wie

dies in Fig. 1 mit Pfeilen angedeutet ist.

Das weitere Getrieberad 12 weist bevorzugt einen größeren Durchmesser auf, als das erste Getrieberad 10. Es kann aber auch den gleichen oder einen kleineren

Durchmesser wie das erste Getrieberad 10 aufweisen.

Weiter kann das weitere Getrieberad 12 mit einem dritten Getrieberad verbunden sein, das wiederum die Bewegung an ein viertes Getrieberad weiterleiten kann,

etc.

Für die Ausführungsvariante der Maschine 1 nach den Fig. 1 und 2 wird für die Übertragung der mit dem ersten Getrieberad 12 erzeugten mechanischen Bewe-

gungsenergie ein Riemen als Zugmittel 13 eingesetzt. Dementsprechend sind bei

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13, ausgeführt.

Es besteht hierbei auch die Möglichkeit, dass der Riemen als Zahnriemen ausgeführt ist, und demzufolge das erste und das weitere Getrieberad 10, 12 als Zahn-

riemenräder ausgebildet sind.

Anstelle eines Riemens kann der Umschlingungstrieb auch eine Kette aufweisen. Das erste und das weitere Getrieberad 10, 12 sind dann als Kettenräder ausgebildet.

Anstelle eines Zugmittels 13 als Übertragungselement kann auch eine Welle 14 oder Achse vorgesehen werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Das erste Getrieberad 12 (Fig. 1) ist dann in Kontakt mit einem Getrieberad 15 eines Winkelgetriebes 16. Dieses Getrieberad 15 ist mit der Welle 14 bzw. der Achse drehfest verbunden. Das Getrieberad 12 und das Getrieberad 15 können beispielsweise als

Kegelräder ausgeführt sein, wie dies in Fig. 4 schematisch dargestellt ist.

Die Welle 14 bzw. die Achse weist an ihrem anderen Ende das weitere Getrieberad 12 auf, auf das die Drehbewegung des Getrieberades 10 im Stator übertragen wird. Es kann jedoch auch an dem anderen Ende der Welle 14 ein Winkelgetriebe

vorgesehen werden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Welle 14 wieder durch einen Zwischenraum 11 zwischen zwei Statorspulen des Stators 3 geführt. Anders als bei der Ausführungsvariante nach den Fig. 1 und 2 mit dem Umschlingungstrieb wird hier aber nur ein Zwischenraum 11 für die Übertragung der Drehbewegung des ersten Ge-

trieberades 10 benötigt.

Das erste Getrieberad 10 ist in einem Freiraum 17 angeordnet, der durch einen Innendurchmesser 18 (Fig. 1) des Stators 3, also insbesondere des ringförmigen Rückschlusselementes 9, und eine axiale Länge 19 (Fig. 2) definiert ist. Dabei ist es prinzipiell möglich, dass das erste Getrieberad teilweise über die Freiraum 17 vorragend ausgebildet ist. In der bevorzugten Ausführungsvariante der Maschine

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tor 3 an keiner Stelle, also weder axial noch radial.

Gemäß einer Ausführungsvariante zur Ausführung der Maschine 1 mit Umschlingungstrieb kann vorgesehen sein, dass radial unterhalb der Statorpole in dem

Freiraum 17, insbesondere ausschließlich in dem Freiraum 17, eine Umlenkrolle 20 für den Riemen und/oder ein Riemenspanner angeordnet ist/sind, wie dies für

die Umlenkrolle 20 strichliert in Fig. 1 angedeutet ist.

Im Falle eines Umschlingungstriebes mit einer Kette kann in dem Freiraum 17 ein

Kettenspanner angeordnet sein.

In Fig. 5 ist ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante der Maschine 1 dargestellt. Dabei ist in dem Zwischenraum 11 zwischen den Statorspulen ein Schutzelement 21 angeordnet, durch das das Übertragungselement zur Übertragung der Drehbewegung vom ersten Getrieberad 10 auf das weitere Getrieberad 12 geführt ist. In der konkret dargestellten Ausführungsvariante ist das Schutzelement 21 ein Schutzrohr und ist das Übertragungselement das Zugmittel 13 in Form eines Riemens. Diese Ausführungsvariante ist aber auf sämtliche Ausführungsvarianten der

Maschine 1 anwendbar.

Das Schutzelement 21 kann auch anders ausgeführt sein, beispielsweise als ein-

seitig offener Kanal, als Gitter, etc.

Weiter kann das Schutzelement 21 ausschließlich im Stator 3 angeordnet sein 0der aus diesem herausgeführt sein, gegebenenfalls bis zum weiteren Getrieberad 12.

Bevorzugt ist in jedem Zwischenraum 11, in dem ein Übertragungselement für die besagte Übertragung der Drehbewegung angeordnet ist, ein Schutzelement 21 angeordnet, sodass also bei einem Umschlingungstrieb bevorzugt zwei Schutzele-

mente 21 in der Maschine 1 vorgesehen werden.

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spulen oder durch eine kleinere Ausführung einzelner Statorspulen.

Es ist aber auch möglich, dass magnetische Flusssammler 23 der Statorspulen

asymmetrisch angeordnet oder ausgebildet sind.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Maschine 1 kann vorgesehen sein, dass der Rotor nur über ein Lagerelement gelagert ist, das am Rotor oder

am Stator angeordnet ist.

Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen

Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Maschine 1 diese bzw. deren Details nicht zwin-

genderweise maßstäblich dargestellt sind.

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Bezugszeichenliste

Maschine Gehäuse

Stator

Rotor

Magnet Statorzahn Spulenwicklung Umfangsrichtung Rückschlusselement Getrieberad Zwischenraum Getrieberad Zugmittel

Welle Getrieberad Winkelgetriebe Freiraum Innendurchmesser Länge Umlenkrolle Schutzelement Breite

Flusssammler

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Maschine (1), insbesondere Axialflussmaschine, umfassend einen Rotor (4) und einen Stator (3), wobei der Stator (3) mehrere Statorpole aufweist, die über den Umfang des Stators (3) verteilt angeordnet sind, wobei die Statorpole voneinander unter Ausbildung von Zwischenräumen (11) beabstandet sind, und wobei radial unterhalb der Statorpole ein erstes Getrieberad (10) angeordnet ist, das vom Rotor (4) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der Zwischenräume (11) zwischen den Statorpolen ein Übertragungselement zur Übertragung der Drehbewegung des ersten Getrieberades (10)

auf ein weiteres Getrieberad (12) angeordnet ist.

2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getrieberad (10) ausschließlich in einem Freiraum (17) angeordnet ist, der durch einen Innenumfang des Stators (3) und dessen axiale Länge (19)

definiert ist.

3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das weitere Getrieberad (10, 12) Riemenräder sind

und das Übertragungselement ein Riemen ist.

4. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Riemenräder Zahnriemenräder sind und der Riemen eine Zahnriemen ist.

5. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass radial unterhalb der Statorpole ein Riemenspanner und/oder eine

Umlenkrolle (20) für den Riemen angeordnet ist.

6. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das weitere Getrieberad (10, 12) Kettenräder sind

und das Übertragungselement eine Kette ist.

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7. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getrieberad (10) ein Zahnrad und Teil eines Winkelgetriebes (16) ist, und dass das Übertragungselement eine Welle (14) ist, die mit ei-

nem Getrieberad (15) des Winkelgetriebes (16) verbunden ist.

8. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (11), durch den das Übertragungselement geführt ist, ein Schutzelement (21) angeordnet ist, in dem das Übertra-

gungselement angeordnet ist.

9. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (11) zwischen den Statorpolen unter-

schiedlich groß sind.

10. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Flusssammler (23) asymmetrisch ange-

ordnet oder asymmetrisch zueinander ausgebildet sind.

11. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) nur über ein Lagerelement gelagert ist, das

am Rotor (4) oder am Stator (3) angeordnet ist.

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