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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Doppelläuferanordnung, insbesondere eine Maschine mit einem Innenläufer und einem Außenläufer, zwischen denen ein Stator angeordnet ist.
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Zur Klassifizierung einer elektrischen Maschine kann unter anderem die sogenannte Leistungsdichte verwendet werden, welches die von der Maschine erbringbare Leistung ins Verhältnis zu ihrem Gewicht setzt und in der Regel in kW/kg angegeben wird. Während für viele technische Anwendungen Leistungsdichten in Größenordnungen bis zu 2kW/kg ausreichend sind, benötigt man bspw. für die Elektrifizierung der Luftfahrt elektrische Maschinen mit Leistungsdichten von mindestens 20kW/kg.
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Die Leistungsdichte einer elektrischen Maschine skaliert direkt mit der magnetischen Flussdichte, die durch die in der elektrischen Maschine zum Einsatz kommenden Elektro- oder Permanentmagnete erzeugbar ist und die mit den bspw. am Stator der Maschine angeordneten Spulen elektromagnetisch wechselwirkt. Dieser Zusammenhang zwischen der Flussdichte und der Leistungsdichte erlaubt eine signifikante Erhöhung der Leistungsdichte der Maschine dadurch, dass eine Doppelläuferkonfiguration eingesetzt wird, bei der der Stator bzw. die am Stator angeordneten Spulen zwischen zwei mit die magnetische Flussdichte verursachenden Magneten ausgestatteten Läufern angeordnet ist. Dabei ist bspw. bei einer radialen Doppelläuferkonfiguration der Stator in radialer Richtung zwischen einem Außenläufer und einem Innenläufer angeordnet.
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Solche Doppelläuferkonfigurationen sind elektromagnetisch vorteilhaft‚ da sie sowohl sehr hohe magnetische Flussdichten in den Luftspalten erlauben als auch den Magnetkreis bestmöglich abbilden, da die Läufer auf beiden Seiten des Stators für die Erzeugung und für die Führung des magnetischen Flusses genutzt werden können. Diese und weitere Maßnahmen können sich in einer erhöhten Leistungsdichte niederschlagen.
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Ein Ansatz zur Erhöhung der Leistungsdichte besteht demnach darin, in der elektrischen Maschine eine Doppelrotorkonfiguration einzusetzen. Üblicherweise werden radiale Doppelläuferkonfigurationen mit zumindest einem sogenannten Glockenläufer realisiert. Dies ist in der 1 dargestellt, wobei der radial außen angeordnete Außenläufer eine Glockenform aufweist und diese den Innenläufer sowie den Stator umgibt. Die Glockenform ist in axialer Richtung gesehen an einem Ende offen und an einem Ende geschlossen, wobei die Glocke bzw. der Läufer am geschlossenen Ende mit einer Welle der elektrischen Maschine derart verbunden ist, dass ein Drehmoment vom Läufer auf die Welle oder umgekehrt übertragen werden kann. Der wesentliche Nachteil dieser Konstruktion ist, dass aufgrund der magnetischen Anziehungskräfte hohe Biegemomente in radialer Richtung auftreten, die sich insbesondere am offenen Ende der Glocke auswirken und die durch eine vergleichsweise schwere mechanische Konstruktion des Läufers abgefangen werden müssen. Die oben aufgeführten Vorteile des elektromagnetischen Designs können durch diese mechanischen Nachteile teilweise überkompensiert werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Möglichkeit anzugeben, das Leistungsgewicht einer elektrischen Maschine zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Maschine gelöst. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Innenläufer und einen Außenläufer auf, welche gemeinsam eine Doppelläuferanordnung bilden, sowie einen Stator. Der Innenläufer und der Außenläufer sind derart konzentrisch zueinander angeordnet, dass sich der Innenläufer radial innerhalb des Außenläufers befindet. Der Stator ist in radialer Richtung zwischen dem Innenläufer und dem Außenläufer und konzentrisch zu dem Innenläufer und dem Außenläufer angeordnet. Der Außenläufer ist mit Hilfe eines Paares von Wälzlagern rotierbar am Stator gelagert, wobei die beiden Wälzlager der Paares in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind.
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Weiterhin kann auch der Innenläufer mit Hilfe eines weiteren Paares von Wälzlagern rotierbar am Stator gelagert sein, wobei die beiden Wälzlager des weiteren Paares von Wälzlagern ebenfalls in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind.
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Hierbei bedeutet „rotierbar am Stator gelagert“, dass der jeweilige Läufer gegenüber dem Stator rotierbar ist und dass das jeweilige Paar von Wälzlagern den jeweiligen Läufer am Stator abstützt, dass also das jeweilige Paar von Wälzlagern eine Drehverbindung zwischen dem jeweiligen Läufer und dem Stator darstellt.
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Der Vorteil dieser Konfiguration mit Wälzlagern liegt darin, dass die Struktur der Doppelläuferanordnung leichter ausfallen kann, da die Struktur keine einseitigen, starken Biegemoment tragen muss. Der Vorteil liegt demnach in der vollständigen Eliminierung der äußeren Biegemomente, die zu einer Verschlankung der mechanischen Struktur der Doppelläuferanordnung und damit der elektrischen Maschine als Ganzes führen. Dadurch kann die Doppelläuferanordnung ihre elektromagnetischen Vorteile ausspielen, ohne durch die mechanische Bauweise benachteiligt zu werden.
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Bzgl. des Begriffs der Wälzlager sei angemerkt, dass es sich hierbei um Lager handelt, mit denen eine erste gelagerte Komponente, bspw. ein Innenring, und eine zweite gelagerte Komponente, bspw. ein Außenring relativ zueinander verdrehbar bzw. rotierbar sind. Wohlbekannte Untergruppen der Wälzlager sind bspw. Kugellager oder Rollenlager, wobei auch kombinierte Bauformen möglich sind, wie bspw. in der
DE102006044802A1 beschrieben. Bei einem Radialwälzlager sind Innenring und Außenring typischerweise konzentrisch angeordnet mit einem in radialer Richtung zwischen Innenring und Außenring liegenden Ringspalt. In dem Ringspalt befinden sich zwischen der radialen Innenfläche des Außenrings und der radialen Außenfläche des Innenrings Wälzkörper, so dass Innenring und Außenring relativ zueinander verdrehbar sind, indem sie auf den Wälzkörpern rollen. Je nach Art des Wälzlagers können die Wälzkörper bspw. als Kugeln oder Rollen bzw. Walzen ausgebildet sein. Der Aufbau und die Funktionsweise derartiger Wälzlager sind hinlänglich bekannt, werden daher nicht weiter erläutert. Eine entsprechende Anordnung ergibt sich bei einem Axialwälzlager, bei dem die erste und die zweite Komponente in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Beide Komponenten sind hierbei ringförmig mit im Wesentlichen gleichen Radien. Die Wälzkörper befinden sich auch hier in einem Spalt, der sich in axialer Richtung zwischen den beiden Komponenten befindet.
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Die Läufer, d.h. der Innenläufer und der Außenläufer, weisen jeweils eine Vielzahl von Permanentmagneten zur Erzeugung eines magnetischen Flusses auf.
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Bei geeigneter Ausrichtung der Permanentmagnete an den Läufern kann auf beiden Seiten des Stators eine magnetische Flussdichte mit großer Homogenität realisiert werden, weshalb im Stator ggf. auf flussführendes Material verzichtet werden kann. An dem Stator ist dann zumindest eine als Luftspule ausgebildete Spule angeordnet, die mit dem von den Permanentmagneten des Innenläufers und des Außenläufers bewirkten magnetischen Fluss elektromagnetisch wechselwirkt, so dass ein Betrieb der elektrischen Maschine als Generator und/oder als Elektromotor ermöglicht wird. Zum Begriff der Luftspule sei angemerkt, dass es sich hierbei um induktive Bauteile handelt, die insbesondere ohne magnetischen Kern ausgebildet sind. Dies beinhaltet sowohl die Ausführung mit einem nichtmagnetischen Kern als auch die Ausführung, bei der auf einen Kern vollständig verzichtet wird. Der Verzicht auf einen magnetische Kern resultiert in einer Gewichtseinsparung, so dass in der Konsequenz bspw. anstatt des nun weitestgehend überflüssigen flussführenden Eisens mehr Kupfer für die Spulenwicklungen verwendet werden kann und die Maschine aufgrund von reduzierten Kupfer- und Eisenverlusten eine höhere Effizienz aufweist. Weiterhin bewirkt der komplette oder auch nur teilweise Verzicht auf magnetische Kerne, dass magnetische Gegenfelder aus dem Stator weitestgehend verhindert werden.
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Die Permanentmagnete des Innenläufers und des Außenläufers sind derart ausgelegt und angeordnet, dass ein Drehmoment zwischen dem Innenläufer und dem Außenläufer allein und insbesondere ohne Verwendung der unten erwähnten mechanischen Verbindung zwischen den Läufern, sondern lediglich aufgrund von magnetischen Kräften zwischen den an dem Innenläufer und dem Außenläufer angeordneten Permanentmagneten übertragen wird. Auch diese Anordnung ohne die mechanische Verbindung führt zu einer weiteren Gewichtseinsparung. Darüber hinaus können die beiden Läufer weitestgehend unabhängig voneinander behandelt werden, was insbesondere für den Fall, dass die Permanentmagnete des Innenläufers und des Außenläufers jeweils supraleitend sind, vorteilhaft ist. In diesem Fall können die zur Kühlung des Magnete notwendigen Kryostate unabhängig bzw. getrennt voneinander ausgeführt sein. Auch das vor dem Betrieb der elektrischen Maschine notwendige Aufmagnetisieren der supraleitenden Magnete wäre vereinfacht.
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Wie erwähnt können die Permanentmagnete als supraleitende Permanentmagnete ausgebildet sein, wodurch signifikant höhere Flussdichten möglich werden, was sich positiv auf die Leistungsdichte auswirkt.
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Der Innenläufer und/oder der Außenläufer sind mechanisch mit einer Welle der elektrischen Maschine verbunden, so dass zwischen dem jeweiligen Läufer und der Welle ein Drehmoment übertragbar ist. Der Innenläufer kann mit dem Außenläufer auch über eine mechanische Verbindung zur Drehmomentübertragung verbunden sein, um auf einfache Weise zu garantieren, dass das volle Drehmoment zwischen Doppelläuferanordnung und Welle übertragen wird. Insbesondere bei Maschinen mit hohem Drehmoment ist die mechanische Verbindung zwischen Innen- und Außenläufer sinnvoll, um eine wirkungsvolle Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Diese fällt jedoch vergleichsweise leicht aus, da lediglich Drehmomente in Umfangsrichtung übertragen werden müssen, während Biegelasten etc. von der Wälzlageranordnung abgefangen werden.
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Der Innenläufer und/oder der Außenläufer können jeweils ein Joch, bspw. ein Eisenjoch, zur Führung des von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Flusses aufweisen. Für den Fall, dass die Permanentmagnete des Innenläufers und/oder des Außenläufers jeweils als Halbach-Anordnung ausgebildet sind, kann jedoch auf die Verwendung der Eisenjoche verzichtet werden, da der magnetische Fluss nicht über Joche geführt werden muss. Halbach-Anordnungen sind bspw. aus der
DE102013225093A1 bekannt. Auch hierdurch ergibt sich eine weitere Gewichtsreduzierung.
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Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den Zeichnungen und der entsprechenden Beschreibung.
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Im Folgenden werden die Erfindung und beispielhafte Ausführungsformen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dort werden gleiche Komponenten in verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Es zeigen:
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1 eine seitliche Schnittansicht Seitenansicht einer elektrische Maschine mit Doppelläuferanordnung nach dem Stand der Technik,
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2 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit Doppelläuferanordnung,
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3 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit Doppelläuferanordnung in einer ersten erweiterten Ausführung,
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4 eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit Doppelläuferanordnung in einer zweiten erweiterten Ausführung.
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Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren kennzeichnen gleiche Komponenten. Weiterhin sei angemerkt, dass sich Begriffe wie „axial“ und „radial“ auf die im jeweils beschriebenen Beispiel bzw. in der jeweiligen Figur zum Einsatz kommende Welle beziehen. Mit anderen Worten beziehen sich die Richtungen axial und radial stets auf eine Drehachse des Läufers.
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Die 1 zeigt exemplarisch und vereinfacht eine elektrische Maschine 100 nach dem Stand der Technik in einem seitlichen Schnitt, d.h. in einer radialen Ansicht. Die Maschine 100 weist einen Läufer 110 in Form einer Doppelläuferanordnung mit einem Innenläufer 111 und einem Außenläufer 112 auf, wobei der Innenläufer 111 einen geringeren Durchmesser aufweist, als der Außenläufer 112. Die Läufer 111, 112 der Doppelläuferanordnung 110 sind konzentrisch zueinander angeordnet, so dass sich der Innenläufer 111 radial innerhalb des Außenläufers 112 befindet. In axialer Richtung befinden sich die Läufer 111, 112 im Wesentlichen an der selben Position. Sowohl am Innenläufer 111 als auch am Außenläufer 112 sind Permanentmagnete 113, 114 angebracht, die magnetische Felder bzw. magnetische Flüsse erzeugen. Die Läufer 111, 112 und die an den Läufern 111, 112 angebrachten Magnete 113, 114 sind derart dimensioniert, dass sich jeweils ein Magnet 113 am Innenläufer 111 und ein Magnet 114 am Außenläufer in radialer Richtung gegenüber liegen. Der magnetische Fluss erstreckt sich über den Luftspalt zwischen einem solchen Magnetpaar bestehend aus radial gegenüberliegenden Magneten am Innenläufer 111 und am Außenläufer 112 und schließt sich über die bspw. als Eisenjoche 115, 116 ausgebildeten Innen- und Außenläufer 111, 112.
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Weiterhin weist die Maschine 100 einen Stator 120 auf. Der Stator 120 ist konzentrisch zu Innenläufer 111 und Außenläufer 112 und desweiterten in radialer Richtung zwischen dem Innenläufer 111 und dem Außenläufer 112 angeordnet, befindet sich also im oben bereits erwähnten Luftspalt zwischen Innenläufer 111 und Außenläufer 112. Der Stator 120 trägt eine Vielzahl von Wicklungen bzw. Spulen 121, die auf Kernen 122 gewickelt sein können und derart angeordnet sind, dass sie vom von den Permanentmagneten 113, 114 erzeugten magnetischen Fluss durchsetzt werden. Der Stator 120 kann über eine mechanische Verbindung 123, bspw. eine Verschraubung o.ä., fest mit einem Gehäuse oder sonstigen Komponenten der elektrischen Maschine 100 verbunden sein (nicht im Detail dargestellt), so dass der Stator 120 gegenüber der Maschine 100 an sich bzw. gegenüber deren Gehäuse letztlich unbeweglich ist und im Wesentlichen lediglich der Läufer 110 nebst einer Welle 130 eine Bewegung ausführen kann.
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Im Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 rotiert der Läufer 110 bzw. die Doppelläuferanordnung 110 gegenüber dem Stator 120. Läufer 110 und Stator 120 sind so zueinander angeordnet, dass das Magnetfeld der Permanentmagnete 113, 114 und die Spulen 121 derart in Wechselwirkung miteinander treten, dass die elektrische Maschine 100 aufgrund der Wechselwirkung in einem ersten Betriebsmodus als Generator und/oder in einem zweiten Betriebsmodus als Elektromotor arbeitet. Die Arbeitsweise der elektrischen Maschine 100 basiert also auf dem an sich bekannten Konzept, dass die beiden Komponenten 110, 120 elektromagnetisch miteinander wechselwirken, so dass die elektrische Maschine 100 in einem der beiden Betriebsmodi arbeiten kann.
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Arbeitet die elektrische Maschine 100 als Generator, so werden die Doppelläuferanordnung 110 und mit ihr die Permanentmagnete 113, 114 bspw. über die Welle 130 der elektrischen Maschine 100 in Rotation versetzt, so dass in den Spulen 121 des Stators 120 elektrische Spannungen induziert werden. Soll die elektrische Maschine 100 als Elektromotor arbeiten, so werden die Spulen 121 mit elektrischem Strom beaufschlagt, so dass aufgrund der Wechselwirkung der hiermit erzeugten Magnetfelder mit den Feldern der Permanentmagnete 113, 114 ein Drehmoment auf den Läufer 110 und damit auf die Welle 130 wirkt.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, jedoch nicht dargestellt, dass die Permanentmagnete 113, 114 nicht am Läufer 110 angeordnet sind, sondern am Stator 120. Die Spulen 121, in die je nach Betrieb Spannungen induziert werden bzw. die mit einem Strom beaufschlagt werden sollen, sind in diesem Fall am Läufer 110 angeordnet und können bspw. über Bürsten oder andere geeignete Übertrager mit einem elektrischen Verbraucher oder mit einer Stromquelle verbunden werden (nicht dargestellt). Diese Ausführungsvariante wird im Folgenden jedoch nicht näher erläutert, da es für die eigentliche Erfindung keine wesentliche Rolle spielt, an welcher der beiden Komponenten 110, 120 die Permanentmagnete 113, 114 bzw. die Spulen 121 jeweils angeordnet sind.
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Typischerweise ist der Außenläufer 112 der bekannten Doppelrotoranordnung 110 als Glockenläufer realisiert. Ein solcher Glockenläufer 112 weist eine Glockenform auf, welche den Innenläufer 111 sowie den Stator 120 umgibt. Die Glockenform ist in axialer Richtung gesehen an einem Ende 117 offen und am anderen Ende 118 ganz oder teilweise geschlossen, wobei die Glocke 112 bzw. der Außenläufer 112 am geschlossenen Ende mit dem Innenläufer 111 und insbesondere mit der Welle 130 der elektrischen Maschine 100 derart verbunden ist, dass ein Drehmoment von der Doppelläuferanordnung 110 auf die Welle 130 oder umgekehrt übertragen werden kann.
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Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 100, bei der der Außenläufer 112 keine Glockenform aufweist. Die Funktionsweise der in der 2 sowie in den weiteren Figuren dargestellten Maschine 100 entspricht derjenigen der aus dem Stand der Technik bekannten Maschine, jedoch ist der Außenläufer 112 mit Hilfe zweier Wälzlager 141, 142 rotierbar am Stator 120 gelagert, wobei also die Wälzlager 141, 142 eine Drehverbindung zum Stator 120 darstellen. Die beiden Wälzlager 141, 142 sind in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet, so dass bspw. aufgrund der magnetischen Anziehungskräfte oder anderer Effekte auftretende Biegemomente in radialer Richtung abgefangen werden.
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Zusätzlich, aber nicht notwendigerweise, kann zwischen dem Innenläufer 111 und dem Stator 120 ein weiteres Paar von Wälzlagern 143, 144 vorgesehen sein, welches eine Drehverbindung zwischen Innenläufer 111 und Stator 120 herstellt. Dies ist ebenfalls in der 2 dargestellt. Die Wälzlager 143, 144 des weiteren Paares sind ebenfalls in axialer Richtung voneinander beabstandet angeordnet, so dass auch hier insbesondere in radialer Richtung wirkende Biegemomente abgefangen werden können.
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Zumindest einer der Läufer 111, 112, bspw. der Innenläufer 111, muss mechanisch mit der Welle 130 verbunden sein, um eine Drehmomentübertragung zwischen Doppelläuferanordnung 110 und Welle 130 zu ermöglichen. Die 3 zeigt eine Weiterbildung der elektrischen Maschine 100, bei der darüber hinaus der Innenläufer 111 über eine mechanische Verbindung 119 zur Drehmomentübertragung mit dem Außenläufer 112 verbunden ist, so dass in der Folge die an beiden Läufern 111, 112 erzeugten Drehmomente auf die Welle 130 übertragbar sind.
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Bei ausreichend starken Permamentmagneten 113, 114, bspw. wenn diese als supraleitende Magnete ausgestaltet sind, ist es jedoch auch denkbar, auf die mechanische Verbindung 119 zu verzichten und davon ausgehen, dass allein aufgrund der magnetischen Kräfte zwischen den Magneten 113 des Innenläufers 111 und den Magneten 114 des Außenläufers 112 eine Drehmomentübertragung zwischen Außenläufer 112 und Innenläufer 111 stattfindet. Eine solche Ausführungsform ohne die mechanische Verbindung 119 wird bereits durch die 2 verbildlicht. Ein Verzicht auf die Verbindung 119 erlaubt eine weitestgehend unabhängige Ausführung der beiden Läufer 111, 112. Insbesondere für den Fall, dass der Innenläufer 111 und der Außenläufer 112 supraleitende Permanentmagnete 113, 114 aufweisen, die sich im Betrieb der elektrischen Maschine 100 auf entsprechend niedriger Temperatur befinden müssen, können aufgrund der unabhängigen Ausführung bspw. separate Kryostate für Innenläufer 111 und Außenläufer 112 verwendet werden. Dies würde zum Einen eine Aufmagnetisierung der Magnete 113, 114 und zum Anderen die Wartung der Maschine 100 vereinfachen.
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In den in den
2,
3 dargestellten Ausführungsformen weisen die Läufer
111,
112 jeweils ein Eisenjoch
115,
116 zur Führung des durch die Permanentmagnete
113,
114 erzeugten magnetischen Flusses auf. Die
4 zeigt in der in
2 mit „IV“ gekennzeichneten Sicht eine alternative Anordnung, bei der auf die Verwendung von flussführenden Materialien weitestgehend verzichtet werden kann, so dass die Läufer
111,
112 wesentlich leichter, d.h. mit geringerem Gewicht, ausgeführt werden können. In dieser Ausführung sind die Permanentmagnete
113,
114 jeweils als sog. Halbach-Anordnungen ausgeführt. Ein derartiger Läufer mit Halbach-Anordnungen ist bspw. in
DE102013225093A1 gezeigt. Wie dort erläutert wird, liegt ein Vorteil der Halbach-Anordnung darin begründet, dass die magnetische Flussdichte hauptsächlich im Luftspalt, der radial zwischen Stator
120 und jeweiligem Läufer
111,
112 liegt, verläuft. Beispielsweise kann eine Halbach-Anordnung mittels einer Mehrzahl von Permanentmagneten gebildet sein, so dass durch eine spezielle Anordnung der einzelnen Permanentmagnete die magnetische Flussdichte in radial nach innen gerichteter Richtung, d.h. innerhalb des jeweiligen Läufers
111,
112, abgeschwächt wird, während sie im zugehörigen Luftspalt, d.h. außerhalb des jeweiligen Läufers
111,
112 im Bereich zwischen dem jeweiligen Läufer
111,
112 und dem Stator
120, selbst verstärkt und/oder konzentriert wird. Durch die Abschwächung der magnetischen Flussdichte innerhalb des jeweiligen Läufers
111,
112 werden Verluste, die aufgrund von Wirbelströmen im jeweiligen Läufer
111,
112 auftreten, verringert. Zudem wird durch die im jeweiligen Luftspalt verstärkte und/oder konzentrierte magnetische Flussdichte ein höheres Drehmoment bereitgestellt und die Leistungsdichte erhöht. Generell kann sogar auf einen gebräuchlichen Eisenrückschluss verzichtet werden, wodurch das Massenträgheitsmoment des Läufers
110,
111,
112 weiter reduziert wird.
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Von den Kugellagern 141, 143 sind in der 4 der Übersichtlichkeit wegen nur einige wenige Kugeln dargestellt. Selbstverständlich erstrecken sich die Kugeln entlang der gesamten Umfänge der beiden Luftspalte zwischen Stator 120 und Außenläufer 112 sowie Stator 120 und Innenläufer 111.
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Die Spulen 121 des Stators 120 sind vorzugsweise als sog. Luftspulen ausgeführt, d.h. insbesondere ohne weichmagnetischen Kern. Stattdessen können die Spulen 121 bspw. auf nichtmagnetischen Kernen 122 aus einem bevorzugt leichten Material oder sogar gänzlich ohne Kern gewickelt sein. Dies hat u.a. zur Folge, dass auch der Stator 120 derart ausgeführt sein kann, dass er ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist. Die Ausführung unter Verwendung von Luftspulen und damit das Fehlen der magnetischen Kerne schlägt sich zwar darin nieder, dass der magnetische Fluss der Permanentmagnete 113, 114 weniger gezielt geführt wird, wodurch sich eine Erhöhung des magnetischen Streuflusses ergeben würde, jedoch wird dieser störende Effekt durch die Verwendung der Doppelläuferanordnung und die hierbei radial gegenüber liegenden Permanentmagnete kompensiert, da der magnetische Fluss aufgrund dieser Anordnung eine Führung auch ohne magnetischen Kern bewirkt.
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Die Wälzlager 141, 142, 143, 144 können bspw. als Kugellager ausgebildet sein. Ebenfalls geeignet sind bspw. Ausführungen als Rollen- oder Walzenlager.
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Insbesondere für den im Zusammenhang mit der 1 erwähnten Fall, dass die Spulen 121 nicht am Stator 120, sondern am Läufer 110 angebracht sind, können die Spulen 121, in die je nach Betrieb Spannungen induziert werden bzw. die mit einem Strom beaufschlagt werden sollen, über die Wälzlager mit einem elektrischen Verbraucher oder mit einer Stromquelle verbunden werden (nicht dargestellt). Auf Bürsten o.ä. Komponenten zur Übertragung des elektrischen Stroms von den bzw. auf die in diesem Fall rotierenden Spulen 121 kann demnach verzichtet werden.
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Es sei angemerkt, dass die anhand der verschiedenen Figuren erläuterten Aspekte und Merkmale der elektrischen Maschine weitestgehend beliebig miteinander kombiniert werden können. Aufgrund der Verwendung der Wälzlager ergeben sich wie einleitend erläutert Vorteile hinsichtlich des Gewichts der Anordnung, da Innen- und Außenläufer 111, 112 selbst weniger robust ausgeführt sein müssen, da eventuell auftretende Belastungen durch die Lager getragen werden. Eine insbesondere bzgl. des Gewichts der Gesamtanordnung vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich aus der Kombination der Ausführung mit Halbach-Arrays am Läufer 110 mit der Ausführung mit Luftspulen 121 am Stator 120, weil in diesem Fall aufgrund des weitestgehenden Verzichts auf vergleichsweise schwere Bauteile eine elektrische Maschine mit geringem Gewicht realisiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006044802 A1 [0012]
- DE 102013225093 A1 [0018, 0037]
