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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Stator und einen Rotor, welcher wenigstens ein ein magnetisches Erregerfeld erzeugendes Magnetelement aufweist.
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Solche elektrischen Maschinen sind seit langer Zeit bekannt und werden in der Automobilindustrie für hybrid oder vollständig elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge eingesetzt. Bei einem Betrieb mit niedrigen Drehzahlen erzeugt die elektrische Maschine typischerweise ein im Wesentlichen konstantes Drehmoment. Bei höheren Drehzahlen, typischerweise ab etwa 4000 min–1 fällt das Drehmoment durch ansteigende Gegeninduktionseffekte jedoch in etwa linear bis auf 0 Nm ab.
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Es ist bekannt, diesem Abfall des Drehmoments durch eine gezielte Feldschwächung des magnetischen Erregerfeldes entgegenzuwirken. Dazu kann beispielsweise durch gezielte Einprägung von entgegengerichteten Magnetfeldern der magnetische Fluss des Magnetelements des Rotors reduziert werden. Diese für die Feldschwächung erzeugten Magnetfelder tragen nicht zur Drehmomenterzeugung bei und senken somit den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine. Neben derartigen elektromagnetischen Maßnahmen zur Feldschwächung ist es auch bekannt, den Rotor relativ zum Stator in axialer Richtung aus dem Statorfeld herauszuführen und so den magnetischen Fluss des Erregerfeldes auf mechanischem Wege zu reduzieren. Ein solches Bewegen des Rotors während des Betriebs der elektrischen Maschine ist jedoch wegen der auf den Rotor wirkenden Momente sehr aufwendig.
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Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte, insbesondere aufwandsärmere, Möglichkeit zur mechanischen Feldschwächung anzugeben.
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Die Aufgabe wird bei einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Stator und dem Rotor ein wenigstens einen magnetisch leitfähigen Leitabschnitt aufweisendes Abschirmmittel angeordnet ist, wobei die Relativposition des Abschirmmittels bezüglich des Rotors zur Veränderung der Überdeckung des wenigstens einen Magnetelements durch den wenigstens einen Leitabschnitt einstellbar ist.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, das magnetische Erregerfeld des Rotors und damit den mit dem Statorfeld wechselwirkenden magnetischen Fluss dadurch zu schwächen, dass das wenigstens eine Magnetelement veränderbar durch den Leitabschnitt des Abschirmmittels überdeckt wird. Dieser ist ein bevorzugt flächiger Abschnitt des zwischen dem Stator und dem Rotor angeordneten Abschirmmittels und aus einem magnetisch gut leitfähigen Material gebildet. In diesem Sinne zeichnen sich magnetisch leitfähige Materialen durch eine Permeabilität aus, die wesentlich größer als die von Paramagnetika ist, also beispielsweise eine Permeabilitätszahl von wenigstens 10, bevorzugt wenigstens 100, aufweisen. Insbesondere ist der Leitabschnitt aus einem ferromagnetischen Material gebildet und weist bevorzugt weichmagnetische Materialeigenschaften mit hoher Sättigung auf. Über einen derart ausgebildeten Leitabschnitt kann das Erregerfeld durch einen magnetischen Kurzschluss abgeschwächt werden, sodass der magnetische Fluss des Erregerfelds verringert wird. In Abhängigkeit der Überdeckungsfläche des wenigstens einen Magnetelements durch den wenigstens einen Leitabschnitt ist so die Intensität der Feldschwächung variierbar, wozu die veränderbare Relativposition des Abschirmmittels bezüglich des Rotors eingestellt wird. Mit anderen Worten werden die magnetischen Feldlinien des Erregerfelds, die auf der Überdeckungsfläche in den Leitabschnitt eindringen, vom Stator abgeschirmt, insbesondere durch Schluss des magnetischen Kreises über das Abschirmmittel.
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Diese Überdeckungsfläche bestimmt einen Überdeckungsgrad, also den Anteil des wenigstens einen Magnetelements, welcher von dem wenigstens einen Leitbereich gegenüber dem Stator überdeckt wird. Durch die Einstellung der Relativposition des Abschirmmittels lässt sich dieser Überdeckungsgrad zwischen einem minimalen Wert, der bei fehlender Überdeckung null sein kann, bis zu einem maximalen Wert, der insbesondere bei vollständiger Überdeckung des wenigstens einen Magnetelements durch den wenigstens einen Leitbereich gegeben ist, vorgeben. Zweckmäßigerweise ist der Überdeckungsgrad drehzahlabhängig vorgebbar, um über den gesamten Betriebsbereich der elektrischen Maschine ein höchstmögliches Drehmoment durch die gezielte Feldschwächung zu erzielen. Eine geeignete Zuordnung von Drehzahl und Deckungsgrad kann beispielsweise empirisch ermittelt werden und in einer Speichereinheit abgelegt sein, auf welche während des Betriebs der elektrischen Maschine zur Einstellung der Relativposition zugegriffen wird.
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Es ist an dieser Stelle anzumerken, dass das wenigstens eine Magnetelement bevorzugt ein Permanentmagnet ist, da gerade in diesem Fall eine unmittelbare Steuerung seines Erregerfeldes nicht möglich ist. Es kann beispielsweise ein einziger, die Rotorachse durchsetzender Permanentmagnet vorgesehen sein, welcher ein Polpaar des Rotors erzeugt. Alternativ können aber auch mehrere äquidistant in Umfangsrichtung des Rotors angeordnete Permanentmagnete als Magnetelemente vorgesehen sein, welche ein oder mehrere Polpaare des Rotors erzeugen. Die Erfindung ist jedoch nicht notwendigerweise auf permanenterregte Rotoren eingeschränkt, sondern kann prinzipiell auch zur Feldschwächung elektromagnetisch erzeugter Erregerfelder, also beispielsweise auch fremderregten Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen, verwendet werden.
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Durch die Erfindung kann so mit Vorteil sowohl auf die Einprägung eines zusätzlichen Magnetfelds als auch auf das Bewegen des Rotors relativ zum Stator zur Feldschwächung verzichtet werden. Es kommt somit weder zu einer direkten Senkung des Wirkungsgrad der elektrischen Maschine in Folge eines zusätzlichen Leistungsbedarfs für die Erzeugung zusätzlicher schwächender Magnetfelder noch zu einem deutlich erhöhten Konstruktionsaufwand für die Realisierung eines bewegbaren Rotors. Vielmehr ist lediglich ein wesentlich masseärmeres Abschirmmittel zwischen dem Stator und dem Rotor, also im Bereich des Luftspalts der elektrischen Maschine, vorzusehen, dessen Relativposition bezüglich des Rotors mit wesentlich einfacheren und damit aufwandsärmeren Maßnahmen einstellbar ist als bei herkömmlichen Techniken zur Feldschwächung.
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Es ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine zweckmäßig, wenn das Abschirmmittel eine zylinderartige Außenform aufweist. Das heißt, dass es in dem zylindrischen Luftspalt zwischen Stator und Rotor angeordnet ist. Dabei muss das Abschirmmittel nicht notwendigerweise als massiver Hohlzylinder ausgebildet sein, sondern kann auch Durchbrechungen oder andere nichtmassive Bereiche aufweisen.
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Eine erste Möglichkeit zur Veränderung der Überdeckung des wenigstens einen Magnetelements durch den wenigstens einen Leitabschnitt kann bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine dadurch umgesetzt werden, dass das Abschirmmittel mit dem Rotor drehgekoppelt und zur Veränderung der Überdeckung um die Rotorachse verdrehbar gelagert ist. Das Abschirmmittel folgt also der Bewegung des Rotors bezüglich des Stators, es rotiert also mit dem Rotor, wobei zusätzlich die Relativposition des Abschirmmittels zum Rotor durch Verdrehen einstellbar ist. In Abhängigkeit des Drehwinkels des Abschirmmittels bezüglich der Rotorachse ist dabei der Überdeckungsgrad des wenigstens einen Magnetelements durch den wenigstens einen Leitabschnitt veränderbar.
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Bei einer solchen elektrischen Maschine wird es zudem besonders bevorzugt, wenn das Abschirmmittel mehrere Leitabschnitte aufweist, wobei wenigstens zwei der Leitabschnitte als Axialleitabschnitte ausgebildet sind, welche sich in axialer Richtung entlang des Abschirmmittels erstrecken und in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sind. Die Axialleitabschnitte können so das wenigstens eine Magnetelement in axialer Richtung überdecken, wobei es besonders zweckmäßig ist, wenn die axiale Ausdehnung der Axialleitabschnitte zumindest jener des wenigstens einen Magnetelements entspricht. Die Feldschwächung kann dann von einem Maximum bei vollständiger Überdeckung des wenigstens einen Magnetelements bis zu einem Minimum, bei dem zweckmäßigerweise keine Feldschwächung gegeben ist, variiert werden.
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Bei der elektrischen Maschine mit dem Axialleitabschnitte aufweisenden Abschirmmittel ist es zum einen denkbar, dass es in wenigstens einem Zwischenbereich zwischen zwei Axialleitabschnitten eine Durchbrechung aufweist. Es wird jedoch bevorzugt, wenn das Abschirmmittel in wenigstens einem Zwischenbereich zwischen zwei Axialleitabschnitten einen Zwischenabschnitt geringer Permeabilität als die Axialleitabschnitte aufweist. Ein solcher Zwischenbereich reduziert das Spaltvolumen zwischen Rotor und Stator und verbessert so die Feldverteilung der Erregerfeldes. Zudem dient die massive Ausführung des Abschirmmittels mit dem Zwischenabschnitt der Verbesserung der mechanischen Stabilität des Abschirmmittels, insbesondere bei hohen Drehzahlen des Rotors. Die Zwischenabschnitte sind vorzugsweise aus einem nichtferromagnetischen Material ausgebildet, bevorzugt aus einem paramagnetischen Metall wie Aluminium oder einem diamagnetischen Metall wie Kupfer. Es ist aber auch die Verwendung eines Kunststoffs denkbar. Entscheidend ist, dass in dem Zwischenbereich das magnetische Erregerfeld nicht oder nur in nicht nennenswerten Umfang abgeschirmt wird.
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Es ist zudem bei der elektrischen Maschine mit dem Axialleitabschnitte aufweisenden Abschirmmittel zweckmäßig, wenn die Anzahl der Axialleitabschnitte wenigstens der doppelten Anzahl der durch das wenigstens eine Magnetelement gebildeten Polpaare entspricht. In diesem Fall ist jedes Polpaar durch wenigstens zwei Axialleitabschnitte überdeckbar.
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Hinsichtlich der Anordnung des Abschirmmittels am Rotor ist es zudem bei der elektrischen Maschine mit dem zur Veränderung der Überdeckung um die Rotorachse verdrehbar gelagerten Abschirmmittel von Vorteil, wenn das Abschirmmittel an einer Stirnseite des Rotors verdrehbar befestigt ist. Auf diese Weise wird besonders einfach die Bewegungskopplung des Abschirmmittels mit dem Rotor bei gleichzeitiger Verdrehbarkeit des Abschirmmittels bezüglich des Rotors realisiert.
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Eine alternative vorteilhafte Möglichkeit zur Überdeckung des wenigstens einen Magnetelements durch den wenigstens einen Leitabschnitt, die grundsätzlich auch in Kombination mit der zuvor beschriebenen Veränderung der Überdeckung durch Verdrehen um die Rotorachse umsetzbar ist, besteht bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine darin, dass das Abschirmmittel zur Veränderung der Überdeckung in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Mithin wird das wenigstens eine Magnetelement in axialer Richtung nur anteilig von dem wenigstens einen Leitabschnitt überdeckt, wobei zur Einstellung der Relativposition des Abschirmmittels bezüglich des Rotors eine translatorische Bewegung in axialer Richtung vorgesehen ist. In diesem Fall muss das Abschirmmittel nicht mit dem Rotor drehgekoppelt sein, es vollzieht also keine dem Rotor folgende Drehbewegung im Betrieb. Ist jedoch die Änderung der Relativposition des Abschirmmittels bezüglich des Rotors durch das Verdrehen um die Rotorachse und die translatorische Bewegung in axialer Richtung vorgesehen, so ist die Drehkopplung mit dem Rotor erforderlich.
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Es wir bei der elektrischen Maschine mit einem in axialer Richtung verschiebbar gelagerten Abschirmmittel besonders bevorzugt, wenn der wenigstens eine Leitabschnitt oder wenigstens einer der mehreren Leitabschnitte als Umfangsleitabschnitt ausgebildet ist, welcher das Abschirmmittel in Umfangsrichtung zumindest teilweise zusammenhängend umgibt. Im einfachsten Fall ist der Umfangsleitabschnitt somit hohlzylindrisch geformt und überdeckt den Rotor zu einem veränderbaren Anteil in axialer Richtung, wodurch nur ein entsprechender Anteil des wenigstens einen Magnetelements überdeckt wird. Es ergibt sich so mit Vorteil eine besonders einfache konstruktive Umsetzung des Abschirmmittels zur Vorgabe der Intensität der Feldschwächung.
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Bei der elektrischen Maschine mit dem in axialer Richtung verschiebbar gelagerten Abschirmmittel ist es zudem zweckmäßig, wenn das Abschirmmittel an wenigstens einer Stirnseite einen sich in axialer Richtung erstreckenden, zumindest teilweise in Umfangsrichtung zusammenhängend ausgebildeten Verlängerungsabschnitt geringerer Permeabilität als der Leitabschnitt oder die Leitabschnitte aufweist. Der Verlängerungsabschnitt dient bei fehlender oder nur anteiliger Überdeckung des wenigstens einen Magnetelements durch den Leitabschnitt der Verhinderung einer Aufweitung des Luftspalts zwischen Stator und Rotor in analoger Weise zum oben beschriebenen Zwischenabschnitt. Auch hinsichtlich der Materialwahl für den Verlängerungsabschnitt kann auf die Ausführungen zum Zwischenabschnitt verwiesen werden. Im einfachsten Fall ist der Verlängerungsabschnitt wie der Umfangsleitabschnitt hohlzylindrisch und schließt sich bündig an den Leitabschnitt oder die Leitabschnitte an.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist vorgesehen, dass der Rotor mehrere oberflächenmontierte Magnetelemente aufweist. Das heißt, dass die einzelnen Magnetelemente sich nicht vollständig radial durch den Rotor erstrecken, sondern oberflächennah insbesondere in einer Eintiefung eines Rotorkörpers angeordnet sind. Da bei solchen Rotoren mit oberflächenmontierten Magnetelementen typischerweise eine Befestigung der Magnetelemente am Rotor erforderlich ist, kann zudem mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Zwischenabschnitt und/oder der wenigstens eine Verlängerungsabschnitt die Magnetelemente am Rotor fixiert. Es befindet sich also stets ein Zwischenabschnitt und/oder ein Verlängerungsabschnitt beziehungsweise ein Leitabschnitt der Abschirmmittels unabhängig von der Relativposition des Abschirmmittels über den Magnetelementen und fixiert sie so am Rotor. Mit besonderem Vorteil lassen sich die zuvor beschriebenen Möglichkeiten zur Feldschwächung so einfach in bestehende Befestigungskonzepte für die oberflächenmontierten Magnetelemente integrieren.
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Es ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine bevorzugt ein Stellmittel vorgesehen, mittels welches die Relativposition des Abschirmmittels bezüglich des Rotors einstellbar ist. Das Stellmittel kann insbesondere mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektromagnetisch oder elektrisch betreibbar sein. Ist das Abschirmmittel mit dem Rotor drehgekoppelt, so bietet sich eine ebenfalls drehgekoppelte Anordnung des Stellmittels stirnseitig am Rotor an. Ansonsten ist das Stellmittel bevorzugt rotorextern angeordnet und zur verschiebbaren Befestigung des Abschirmmittels an der elektrischen Maschine ausgebildet.
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Es ist bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine zudem denkbar, dass der Rotor relativ zum Stator axial bewegbar gelagert ist. Die erfindungsgemäße Feldschwächung durch ein Abschirmmittel lässt sich mithin mit der an sich bekannten Möglichkeit zur Feldschwächung durch eine Relativbewegung des Rotors zum Stator kombinieren.
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Der Rotor der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine kann als Außenläufer oder als Innenläufer ausgestaltet sein. Es wird jedoch im Hinblick auf die Verwendung der elektrischen Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bevorzugt, wenn der Rotor innerhalb des Stators angeordnet ist. Das Abschirmmittel umgibt dabei den Rotor.
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Schließlich ist es besonders zweckmäßig, wenn die erfindungsgemäße elektrische Maschine als Synchronmaschine ausgebildet ist und/oder das wenigstens eine Magnetelement ein Permanentmagnet ist. Wie bereits zuvor angedeutet wird die Feldschwächung durch das Abschirmmittel bevorzugt bei permanenterregten Synchronmaschinen eingesetzt, insbesondere bei bürstenlosen Gleichstrommotoren beziehungsweise elektrisch kommutierenden Gleichstrommotoren.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße elektrische Maschine. Bevorzugt ist die elektrische Maschine zum zumindest zeitweisen und/oder zumindest unterstützenden Antreiben eines Triebstrangs des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäßen elektrischen Maschine lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, sodass auch mit diesem die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den in Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem verdrehbaren Abschirmmittel im Querschnitt;
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2 eine Detailansicht eines Rotors und des Abschirmmittels der in 1 gezeigten elektrischen Maschine entlang der Schnittebene II-II;
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3 eine Prinzipdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem axialverschiebbaren Abschirmmittel im Querschnitt;
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4 eine Detailansicht eines Rotors und des Abschirmmittels der in 3 gezeigten elektrischen Maschine entlang der Schnittebene IV-IV;
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5 einen Prinzipdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem verdrehbaren und axial verschiebbaren Abschirmmittel im Querschnitt;
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6 ein Diagramm des Drehmoments über die Drehzahl der in den 1 bis 5 gezeigten elektrischen Maschinen; und
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7 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Maschine 1 im Querschnitt, umfassend einen Stator 2, einen um eine Rotorachse 3 drehbar gelagerten Rotor 4 und eine mit diesem drehgekoppelten Welle 5. Zwischen dem Stator 2 und dem Rotor 4 ist ein Abschirmmittel 6 mit einer zylinderartigen Außenform angeordnet. Die elektrische Maschine 1 ist als permanenterregte Synchronmaschine in Form eines bürstenlosen beziehungsweise elektrisch kommutierenden Gleichspannungsmotors ausgebildet.
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Der Rotor 4 weist vier in Eintiefungen eingebettete Magnetelement 8–11 in Form von oberflächenmontierten Permanentmagneten auf, von denen in 1 die Magnetelemente 8, 10 sichtbar sind. Die Magnetelement 8–10 erzeugen zwei Polpaare eines magnetischen Erregerfelds des Rotors 4.
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Das Abschirmmittel 6 ist mit dem Rotor 4 drehgekoppelt und um die Rotorachse 3 bezüglich des Rotors 4 verdrehbar angeordnet. An einer Stirnseite des Rotors 4 ist das Abschirmmittel 6 an diesem verdrehbar befestigt. Dazu umgreift das Abschirmmittel 6 den Rotor 4 an einer Stirnseite und ist dort arretiert. Außerdem umfasst das Abschirmmittel 6 vier, jeweils einem Magnetelement 8–11 zugeordnete Axialleitabschnitte 12–15, von denen die Axialleitabschnitte 12 und 14 in 1 sichtbar sind. Die Axialleitabschnitte sind magnetisch leitfähig, das heißt, sie sind aus einem weichmagnetischen Material mit hoher magnetischer Sättigung gebildet. Die Axialleitabschnitte 12–15 erstrecken sich jeweils in axialer Richtung entlang des Abschirmmittels 6 und sind in Umfangsrichtung des Rotors 4 angeordnet.
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2 zeigt eine Detailansicht des Rotors 4 und des Abschirmmittels 6 der in 1 gezeigten elektrischen Maschine 1 entlang einer Schnittebene II-II. Ersichtlich überdecken die Axialleitabschnitte 12–15 jeweils den ihnen zugeordneten Permanentmagneten 8–11 anteilig und schirmen so das von diesen erzeugten magnetische Erregerfeld teilweise gegenüber dem Stator 2 ab. Zwischen jeweils zwei Axialleitabschnitten 12–15 ist ein Zwischenabschnitt 16–19 geringerer Permeabilität als jener der Axialleitabschnitte 12–15 vorgesehen. Die Zwischenabschnitte 16–19 sind beispielsweise aus Aluminium oder einem Kunststoff ausgebildet. Sie schirmen bei einer Überdeckung der Magnetelemente 8–11 das magnetische Erregerfeld nicht oder nur in nicht nennenswerten Umfang ab. Gleichzeitig fixieren die Axialleitabschnitte 12–15 und die Zwischenabschnitte 16–19 die oberflächenmontierten Magnetelemente 8–11 am Rotor 4. Es ist jedoch alternativ auch denkbar, dass anstelle der Zwischenabschnitte 16–19 lediglich Durchbrechungen im Abschirmmittel 6 vorgesehen sind.
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Durch ein mechanisches, pneumatisches, hydraulisches, elektromagnetisches oder elektrisches Stellmittel 20 (vgl. 1) kann die Relativposition des Abschirmmittels 6 bezüglich des Rotors 4 durch Verdrehen in Richtung eines Doppelpfeils 21 eingestellt werden. Dabei verändert sich die Überdeckung der Magnetelemente 8–11 durch die Leitabschnitte 12–15. Das magnetische Erregerfeld des Rotors 4 erfährt dadurch eine entsprechend geänderte Feldschwächung, wodurch bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine 1 Gegeninduktionseffekte im Stator 2 vermindert werden. Der von der Relativposition des Abschirmmittel 6 abhängige Überdeckungsgrad der Magnetelemente 8–11 durch die Axialleitabschnitte 12–15 gibt dabei die Intensität der Feldschwächung vor und ist zwischen 0% bei Fehlen jeglicher Überdeckung bis 100% bei einer vollständigen Überdeckung der Magnetelemente 8–11 durch das ihnen jeweils zugeordnete Axialleitelement 12–15 vorgebbar. Der Überdeckungsgrad ist drehzahlabhängig, wobei eine optimale Zuordnung von Drehzahl zu Überdeckungsgrad empirisch ermittelt wurde und in einer Speichereinheit des Stellmittels 20 abgelegt, welche die Relativposition des Abschirmmittels 6 entsprechend einer erfassten Drehzahl einstellt.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer weiteren elektrischen Maschine 1 im Querschnitt, deren Stator 2 und Rotor 4 der in 1 gezeigten elektrischen Maschine 1 entsprechen, wobei jedoch anstelle eines bezüglich der Rotorachse 3 des Rotors 4 verdrehbaren Abschirmmittels 6 ein axial entlang der Rotorachse 3 translatorisch verschiebbares Abschirmmittel 6 vorgesehen ist. Das Abschirmmittel 6 hat die Form eines Hohlzylinders und weist einen in Umfangsrichtung zusammenhängenden Umfangsleitabschnitt 22 sowie einen axial daran anschließenden Verlängerungsabschnitt 23 auf. Der Umfangsleitabschnitt 22 ist magnetisch gut leitfähig und entsprechend den Axialleitabschnitten 12–15 der in den 1 und 2 gezeigten elektrischen Maschine 1 aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet, wohingegen der Verlängerungsabschnitt 23 hinsichtlich seines Materials entsprechend den Zwischenabschnitten 16–19 der in 1 und 2 gezeigten elektrischen Maschine 1 gebildet ist. Das Abschirmmittel 6 muss dabei nicht notwendigerweise mit dem Rotor 4 drehgekoppelt sein, das heißt es kann bei drehendem Rotor 4 in Ruhe verharren.
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Durch ein lediglich schematisch dargestellten, mechanische, pneumatische, hydraulische, elektromagnetische oder elektrische Stellmittel 20 ist die Relativposition des Abschirmmittels 6 bezüglich des Rotors 4 in axialer Richtung gemäß einem Doppelpfeil 24 einstellbar, wobei sich die Überdeckung der Magnetelemente 8–12 durch den Umfangsleitabschnitt 22 entsprechend verändert. In Abhängigkeit dieser Überdeckung ist die Intensität einer Feldschwächung eines magnetischen Erregerfelds des Rotors 4 vorgebbar. Das Stellmittel 20 ist extern bezüglich des Rotors 4 angeordnet und befestigt das Abschirmmittel 6 verschiebbar an der elektrischen Maschine 1.
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4 ist eine Detaildarstellung des Rotors 4 und des Abschirmmittels 6 der in 3 gezeigten elektrischen Maschine entlang der Schnittebene IV-IV. Ersichtlich umgibt der Umfangsleitabschnitt 22 den Rotor 4 vollständig in Umfangsrichtung und ist senkrecht zur Zeichenebene verschiebbar gelagert. Durch den Umfangsleitabschnitt 22 werden die von ihm überdeckten Anteile der Magnetelemente 8–11 gegenüber dem Stator 2 abgeschirmt.
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5 zeigt eine Prinzipdarstellung einer weiteren elektrischen Maschine 1 im Querschnitt, deren Stator 2 und Rotor 4 der in den 1 und 2 gezeigten elektrischen Maschine 1 entsprechen. Ebenso umfasst die elektrische Maschine 1 ein Abschirmmittel 6 mit vier Axialleitabschnitten 12–15 und vier Zwischenabschnitten 16–19. An diese schließt sich jedoch zusätzlich ein Verlängerungsabschnitt 23 gemäß der in den 3 und 4 gezeigten elektrischen Maschine 1 an. Das Abschirmmittel 6 ist dabei mit dem Rotor 4 drehgekoppelt und zur Veränderung der Überdeckung der Magnetelemente 8–11 durch die Axialleitabschnitte 12–14 sowohl um die Drehachse 3, gemäß Doppelpfeil 21 verdrehbar als auch in axialer Richtung gemäß dem Doppelpfeil 24 verschiebbar angeordnet. Darüber hinaus ist der Rotor 4 relativ zum Stator 2 axial bewegbar gelagert, sodass dieser zusätzlich aus dem Stator 2 herausbewegbar ist, wodurch ebenfalls eine Feldschwächung bewirkt wird.
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6 ist ein Diagramm eines Drehmoments M über eine Drehzahl n der in den 1–5 gezeigten elektrischen Maschinen 1. Einer durchgezogenen Linie 26 entspricht dabei das Drehmoment der elektrischen Maschinen 1 ohne die beschriebenen Maßnahmen zur Feldschwächung. In diesem Fall verläuft das Drehmoment bis zu einer Drehzahl 27 von ca. 4000 min–1 im Wesentlichen konstant und fällt dann aufgrund von Gegeninduktionseffekten im Stator 2 sehr steil und nahezu linear bis auf ein Drehmoment von 0 Nm bei einer Drehzahl 28 von ca. 6000 min–1 ab.
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Die gestrichelte Linie 29 zeigt einen möglichen Drehzahlverlauf bei Anwendung der zuvor beschriebenen Maßnahmen zur Feldschwächung, also durch Überdeckung der Magnetelemente 8–11 durch die Axialleitabschnitt 12–15 und/oder durch Überdeckung der Magnetelemente 8–11 durch den Umfangleitabschnitt 22, und ggf. durch axiale Bewegung des Rotors 4 aus dem Stator 2 heraus. Durch drehzahlabhängige Vorgabe der Intensität der Feldschwächung, also insbesondere durch die Eistellung der Relativposition des Abschirmmittels 6, kann dabei ein wesentlich flacherer Verlauf des Drehmomentabfalls ab der Drehzahl 27 erreicht werden, sodass ein Drehmoment von 0 Nm erst bei einer Drehzahl 30 von ca. 8000 min–1 erreicht wird.
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7 ist eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs 31, umfassend eine elektrische Maschine 1 gemäß den 1–5. Die elektrische Maschine 1 ist mit einem Triebstrang 32 verbunden und zum Antrieb des Triebstrangs 32 ausgebildet.
