DE102022133842A1

DE102022133842A1 - Blechlamelle mit einer Rotationsachse für ein Blechpaket eines Rotors eines Elektromotors, sowie ein Elektromotor mit einer Rotationsachse

Info

Publication number: DE102022133842A1
Application number: DE102022133842.8A
Authority: DE
Inventors: Olaf Werner; Christoph Raber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Blechlamelle (1) mit einer Rotationsachse (2) für ein Blechpaket (3) eines Rotors (4) eines Elektromotors (5), aufweisend einen Läuferring (6) zum Aufnehmen einer Magnetkraft und einen Rotoranschluss (7) zum drehmomentübertragenden Verbinden mit einer Rotorwelle (8). Die Blechlamelle ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass eine Blattfedervorrichtung (9) zwischen dem Läuferring (6) und dem Rotoranschluss (7) vorgesehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Elektromotor mit einer Rotationsachse vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:- einen Rotor mit einer Rotorwelle und zumindest einem Blechpaket;- einen Stator zum Antreiben der Rotorwelle; und- einen Drehmomentbegrenzer, welcher mit der Rotorwelle drehmomentfest verbunden und mit einer Getriebewelle verbindbar ist. Der Elektromotor ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentbegrenzer elektromagnetisch modulierbar ist.Mit der hier vorgeschlagenen Blechlamelle ist eine Axialkraft abhängig von einer Motoransteuerung nutzbar gemacht. Mit dem hier vorgeschlagenen Elektromotor ist ein mechanisch übertragbares Grenzdrehmoment modulierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blechlamelle mit einer Rotationsachse für ein Blechpaket eines Rotors eines Elektromotors, ein Blechpaket mit einer solchen Blechlamelle mit einer Rotationsachse für einen Rotor eines permanentmagnetischen Elektromotors, einen Rotor mit einem solchen Blechpaket mit einer Rotationsachse für einen Elektromotor, einen Elektromotor mit einer Rotationsachse, einen Antriebsstrang mit einem solchen Elektromotor, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
Elektromotoren mit Blechpaketen mit Permanentmagneten oder (fremderregten) Feldspulen sind aus dem Stand der Technik, zunehmend für den Einsatz in der Elektromobilität in Kraftfahrzeugen, bekannt. Ein entsprechender Rotor umfasst eine Mehrzahl von Blechpaketen, welche wiederum eine Mehrzahl von Blechlamellen aufweisen, Die Blechlamellen sind allesamt identisch aufgebaut. Für permanentmagnetische Elektromotoren weisen die Blechlamellen Aufnahmeöffnungen auf, in welche Permanentmagnete eingesetzt sind, welche sich über die gesamte axiale Länge des Blechpakets erstrecken. Für fremderregte Elektromotoren weisen die Blechlamellen Aufnahmen für Feldspulen beziehungsweise deren Wicklungsdraht auf, wobei die Feldspulen auch die gesamten Blechlamellen umgreifen. Diese Blechlamellen sind in der Regel mittels eines Backlacks miteinander verbacken, also rein stoffschlüssig miteinander verbunden.
Benchmark-Untersuchungen zeigen, dass Elektromotoren in rein elektrischen Antriebsachsen nicht mit derjenigen ihr zur Verfügung stehenden Dynamik arbeiten. Dennoch sind in vielen batterieelektrischen Fahrzeugen [BEV] Schläge bei Lastwechseln und Ruckelschwingungen für einen Fahrer spürbar. Hintergrund ist, dass Antriebsstränge ein schwingungsfähiges System darstellen. Das Trägheitsmoment des Elektromotors und die Elastizität des Antriebsstrangs, vor allem der Seitenwellen, sind bestimmend für die Eigenfrequenz des Systems. Wenn die Momentenänderung des Elektromotors zu schnell (beispielsweise sprunghaft) erfolgt, wird das System in seiner Eigenfrequenz angeregt, was von Fahrer in Form von Schlägen beziehungsweise Fahrzeuglängsschwingung wahrgenommen wird.
Des Weiteren sind Antriebswellen bei elektrifizierten Kraftfahrzeugen hoch belastet. Dies liegt an den hohen Übersetzungen, welche zu einem großen effektiven Triebstrang-Trägheitsmoment führen. Bei Lastwechseln oder auch bei radseitigen Stößen (beispielsweise bei einem unebenen Untergrund: „bumpy road“) können große Momente (Drehmoment-Impacts) in den Triebstrangkomponenten entstehen, was auch zur Bauteilschädigung führen kann.
Derzeit wird zur Umgehung dieses Problems der Momentenaufbau beziehungsweise Momentenabbau mit Zeitkonstanten durchgeführt, welche wesentlich größer sind als die Schwingperiode des Systems, um so die Anregung von Ruckelschwingungen möglichst zu vermeiden. Bei starken Lastwechseln werden teilweise auch Strategien mit zweistufigem Momentenaufbau beziehungsweise Momentenabbau verfolgt. Dabei wird zunächst die Hälfe der Momentenanforderung realisiert. Dadurch wird zunächst eine Triebstrangschwingung ausgelöst. Nach der halben Periode dieser Schwingung erfolgt die restliche Momentenänderung, was einen Gegenimpuls in das System einleitet. Die Strategie ist sehr sensitiv bezüglich der zeitlich gesteuerten Momentengenauigkeit. Auch aufgrund von Nicht-Linearität im System (vor allem aufgrund von Spiel) sind diese Strategien oftmals problematisch und nicht reproduzierbar. Entstehende Ruckelschwingungen müssen zusätzlich durch einen Anti-Ruckelregler gedämpft werden. Auch dieser Regler arbeitet maximal mit einer Frequenz, welche der mechanischen Eigenfrequenz des Systems entspricht.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Blechlamelle mit einer Rotationsachse für ein Blechpaket eines Rotors eines Elektromotors, aufweisend einen Läuferring zum Aufnehmen einer Magnetkraft und einen Rotoranschluss zum drehmomentübertragenden Verbinden mit einer Rotorwelle.
Die Blechlamelle ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass eine Blattfedervorrichtung zwischen dem Läuferring und dem Rotoranschluss vorgesehen ist.
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
Vorwegnehmend sei darauf hingewiesen, dass die hier beschriebene Blechlamelle nachfolgend als erste Blechlamelle bezeichnet ist, um diese von der nachfolgend beschriebenen (zweiten) Blechlamelle eindeutig zu unterscheiden. Es sei aber auch darauf hingewiesen, dass die Funktion der hier vorgeschlagenen (ersten) Blechlamelle besonders gut zum Tragen kommt, wenn sie kombiniert mit einer nachfolgend beschriebenen (zweiten) Blechlamelle verwendet wird. Dies ist aber nicht zwingend notwendig.
Die hier vorgeschlagene (erste) Blechlamelle ist hinsichtlich ihrer Funktion in einem konventionellen Elektromotor konventionell, bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material gebildet. Eine vorteilhafte Magnetfeldausbreitung ist durch den vornehmlich radialen Magnetfluss in der Blechlamelle geschaffen, wenn diese durch ein Dielektrikum von einer benachbarten Blechlamelle in einem Blechpaket elektrisch isoliert ist. Bei einem permanenterregten Elektromotor ist mithilfe von aneinander gereihten Aufnahmeöffnungen in den in einem Blechpaket gestapelten Läuferringen eingesetzten Permanentmagnete ein von einer Statorwicklung erzeugtes (dynamisches) Magnetfeld in eine Rotation eines Rotors umwandelbar. Ähnlich ist bei einem fremderregten Elektromotor mithilfe von aneinander gereihten Aufnahmen der in einem Blechpaket gestapelten Läuferringe aufgebrachten Feldspulen ein von einer Statorwicklung erzeugtes (dynamisches) Magnetfeld in eine Rotation eines Rotors umwandelbar. In beiden Fällen weist die (erste) Blechlamelle einen (ersten) Rotoranschluss auf, beispielsweise mit einer Innenverzahnung. Eine entsprechende Rotorwelle weist dafür einen korrespondierenden Außenanschluss auf, beispielsweise entsprechend mit einer korrespondierenden Außenverzahnung.
Abweichend von einer konventionellen Blechlamelle weist die hier vorgeschlagene (erste) Blechlamelle eine Blattfedervorrichtung auf, mittels welcher der (erste) Läuferring und der (erste) Rotoranschluss drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Die Blattfedervorrichtung umfasst zumindest eine (bevorzugt eine Mehrzahl einzelner) Blattfeder(n). Die Blattfedervorrichtung ist bevorzugt einstückig mit dem (ersten) Läuferring und/oder dem (ersten) Rotoranschluss gebildet, beispielsweise mittels Stanzen oder Schneiden aus einer Blechplatine. Die Blattfedervorrichtung ist für ein Übertragen von einem Drehmoment möglichst steif ausgeführt und für eine axiale Bewegung möglichst weich.
Es hat sich herausgestellt, dass beim Induzieren des Magnetfelds von dem Stator in den Rotor auf ein Blechpaket neben der Rotation, also dem erwünschten Drehmoment, auch (technisch) proportional eine Axialkraft erzeugt wird. Diese Axialkraft wird üblicherweise von den Deckscheiben eines Rotors aufgenommen und nicht weiter genutzt. Hier ist abweichend davon vorgeschlagen, dass die Blechlamellen eines Blechpakets axial bewegbar gestaltet sind. Dadurch können und werden die Läuferringe des Blechpakets eine axiale Bewegung ausführen, wenn von einem Stator in einem Elektromotor ein Magnetfeld zum Erzeugen eines Drehmoments induziert wird. Dies Axialkraft wird also in einen Axialhub umgewandelt und ist damit nutzbar machbar.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Rotor eines Elektromotors das rotierende Bauteil ist und somit eine induzierte Axialkraft im rotierenden Teil des Elektromotors zur Verfügung steht, obwohl der induzierende Versorgungsstrom in den stehenden Stator induziert wird. Es sind damit also keine Schleifverluste, kein zusätzlicher Reibverschleiß (wie bei einem Schleifkontakt für eine Stromleitung von stehend zu drehend) und auch kein zusätzlicher Wirbelstromverlust (wie bei einer Modulation des Magnetfelds) zu erwarten, weil die bereits vorliegenden Effekte nutzbar gemacht werden. Ein Einfluss auf das Magnetfeld infolge des Axialhubs des Blechpakets ist vernachlässigbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Blechlamelle mit einer Rotationsachse für ein Blechpaket eines Rotors eines Elektromotors vorgeschlagen, aufweisend einen Läuferring zum Aufnehmen einer Magnetkraft.
Die Blechlamelle ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass radial-innen eine Zentralöffnung zum beabstandeten Umgeben einer Rotorwelle vorgesehen ist.
Diese (zweite) Blechlamelle ist ein komplementäres Bauteil zu der zuvor beschriebenen (ersten) Blechlamelle. Anders als die dort vorgeschlagene (erste) Blechlamelle ist die hier vorgeschlagene (zweite) Blechlamelle hinsichtlich ihrer Funktion in einem konventionellen Elektromotor nicht konventionell. Vielmehr fehlt hier der (zweite) Rotoranschluss. Anstelle des (zweiten) Rotoranschlusses ist hier eine Zentralöffnung vorgesehen. Die (zweite) Blechlamelle ist somit für sich allein genommen relativ zu einer Rotorwelle verdrehbar, es ist kein Drehmoment unmittelbar von dem (zweiten) Läuferring auf die Rotorwelle übertragbar.
Die Aufgabe der (zweiten) Blechlamelle ist es, Bewegungsspielraum für die oben beschriebene (erste) Blechlamelle, genauer für deren Blattfedervorrichtung bereitzustellen. Die Zentralöffnung weist dazu einen Innendurchmesser auf, welcher ausreichend ist, um einen axial ausgelenkten Abschnitt einer Blattfedervorrichtung einer in einem Blechpaket unmittelbar angrenzend angeordneten (ersten) Blechlamelle aufzunehmen. In einer Ausführungsform entspricht der maximale Innendurchmesser der Zentralöffnung dem maximalen Durchmesser der Blattfedervorrichtung. Die Materialstärke (vor allem die radiale Breite) der Blattfedervorrichtung ist nach seiner Form oder nach seiner Biegefähigkeit, also einem radial maximal außen liegenden Anteil eines einen axialen Verformungsteil aufweisenden Abschnitt, festgelegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der (zweite) Läuferring eine nach radial innen weisende Stützlasche auf, an welcher eine angrenzende Blattfeder einer Blattfedervorrichtung einer ersten Blechlamelle im Bereich ihrer Anbindung an den ersten Läuferring axial abgestützt und somit versteift ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zwei (beziehungsweise drei) erste Blechlamellen in einem (ersten) Blechpaket direkt aneinandergrenzend gestapelt, also ohne zweite Blechlamelle oder eine andersartige Blechlamelle dazwischen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist für einen (nahezu) reibungsfreien Betrieb die erste Blechlamelle derart gestaltet, dass die Blattfedern der Blattfedervorrichtungen jeweils auf Lücke zueinander angeordnet sind. Das heißt, dass in dem Bereich einer Hubbewegung (beziehungsweise Schwenkbewegung) ein Freiraum vorgehalten ist, in welchen beim Ausführen eines Axialhubs der bewegte Anteil der jeweiligen Blattfeder einschwenkbar ist. In einer Ausführungsform sind dazu miteinander unmittelbar benachbarte Blattfedern einer Blattfedervorrichtung einer ersten Blechlamelle in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, also sind in Umfangsrichtung Lücken gebildet ist. Der Abstand ist derart groß, dass dort in diese Lücke die (entsprechend, beispielsweise identisch, beabstandeten) Blattfedern der Blattfedervorrichtung einer unmittelbar axial benachbarten ersten Blechlamelle mit ihrem ausschwenkenden Anteil eintauchbar sind. Bevorzugt sind dabei die jeweiligen Anbindungen an den ersten Rotoranschluss und/oder an den ersten Läuferring durch die jeweils axial angrenzende erste Blechlamelle axial abgestützt, also nicht mit der angrenzenden Lücke in Überdeckung, und somit versteift.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Blechlamelle vorgeschlagen, dass weiterhin ein Innenring zum Anordnen in der Zentralöffnung vorgesehen ist,
wobei der Innenring einen Rotoranschluss zum drehmomentübertragenden Verbinden mit einer Rotorwelle aufweist.
Bei dieser Ausführungsform der (zweiten) Blechlamelle ist weiterhin ein Innenring umfasst, welcher radial innerhalb der Zentralöffnung anordenbar ist. In einem entsprechenden (ersten) Blechpaket ist eine zweite Blechlamelle mit einem Innenring unmittelbar angrenzend an eine erste Blechlamelle mit ihrer Blattfedervorrichtung angeordnet. Dabei sind die beiden Läuferringe der beiden Blechlamellen miteinander radial überlappend, beispielsweise miteinander identisch ausgeführt, angeordnet. Weiterhin sind der erste Rotoranschluss der ersten Blechlamelle und der Innenring der zweiten Blechlamelle miteinander radial überlappend, beispielsweise miteinander zumindest anschlussseitig identisch ausgeführt, angeordnet. Damit ist ein Blechpaket bei der Fertigung konventionell axial verpressbar, beispielsweise beim Verbacken des Backlacks.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Innenring eine nach radial außen weisende Stützlasche auf, an welcher eine angrenzende Blattfeder einer Blattfedervorrichtung einer ersten Blechlamelle im Bereich ihrer Anbindung an den ersten Rotoranschluss axial abgestützt und somit versteift ist.
Bevorzugt sind ein solcher Innenring und der (zweite) Läuferring der (zweiten) Blechlamelle aus einer einzigen Blechplatine gestanzt oder geschnitten.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Blechpaket mit einer Rotationsachse für einen Rotor eines permanentmagnetischen Elektromotors vorgeschlagen, aufweisend
zumindest eine erste Blechlamelle nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und zumindest eine weitere Blechlamelle,
welche bevorzugt miteinander mittels eines Backlacks verbacken sind.
Vorwegnehmend sei darauf hingewiesen, dass das hier beschriebene Blechpaket nachfolgend als erstes Blechpaket bezeichnet ist, um dieses von den nachfolgend beschriebenen, beispielsweise konventionellen, (weiteren) Blechpaketen eindeutig zu unterscheiden.
Das hier vorgeschlagene (erste) Blechpaket ist bereits vorhergehend weitestgehend beschrieben und insofern wird auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen. In diesem Blechpaket ist also zumindest eine, bevorzugt eine Vielzahl von, ersten Blechlamellen (also diejenigen mit der Blattfedervorrichtung) und zumindest eine, bevorzugt ebenfalls eine Vielzahl von, weiteren, bevorzugt ersten Blechlamellen (also diejenigen mit Blattfedervorrichtung) und/oder zweiten Blechlamellen (also diejenige mit der Zentralöffnung) vorgesehen, nämlich aufeinandergestapelt. Dabei grenzen bevorzugt nie zwei erste Blechlamellen aneinander, sodass die Blattfedervorrichtung frei beweglich ist. In einer Ausführungsform sind eine erste Blechlamelle und eine zweite Blechlamelle jeweils abwechselnd aufeinandergestapelt. Alternativ oder zusätzlich sind zwischen zwei ersten Blechlamellen mehr als eine, beispielsweise zwei oder drei, zweite Blechlamellen angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind zwei oder mehr erste Blechlamellen, bevorzugt mit den Blattfedern reibungsfrei auf Lücke wie oben beschrieben, aufeinander gestapelt. In einer Ausführungsform sind ausschließlich erste Blechlamellen in dem (ersten) Blechpaket vorgesehen.
Bevorzugt ist, vor allem für eine Ausführungsform mit Backlack, bei jeder der zweiten Blechlamellen jeweils ein Innenring eingesetzt. Damit ist das (erste) Blechpaket wie ein Blechpaket mit konventionellen Blechlamellen fertigbar, weil die Blechlamellen ohne eine (von konventionellen Effekten abweichende) Verformung axial miteinander verpressbar sind.
Im Ergebnis ist ein (erstes) Blechpaket mit einem axial bewegbaren Abschnitt ausgeführt, nämlich demjenigen, welcher aus den gestapelten Läuferringen der Blechlamellen gebildet ist. Der Abschnitt mit den gestapelten Rotoranschlüssen hingegen ist im Verbau des (ersten) Blechpakets axial fixiert und weist dazu eine definierte, beispielsweise konventionelle Baulänge auf.
In einer Ausführungsform ist das (erste) Blechpaket als fremderregtes Blechpaket ausgeführt. In einer Ausführungsform ist das (erste) Blechpaket als permanentmagnetisches Blechpaket ausgeführt. In einer Ausführungsform ist das (erste) Blechpaket sowohl mit einem fremderregten als auch mit einem permanentmagnetischen Abschnitt ausgeführt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Blechpakets vorgeschlagen, dass zumindest eine Distanzlamelle umfasst ist, welche einen dritten Außendurchmesser aufweist, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser der ersten Blechlamelle und/oder der Außendurchmesser der weiteren Blechlamelle, wobei bevorzugt der dritte Außendurchmesser kleiner ist als der größte Innendurchmesser der Zentralöffnung der zweiten Blechlamelle.
Bei dieser Ausführungsform ist zusätzlich zu den Blechlamellen, wie sie oben beschrieben sind, zumindest eine Distanzlamelle, alternativ ein (massiveres) Distanzstück, vorgesehen, welches bevorzugt mit dem übrigen Blechlamellen verbunden ist, beispielsweise mittels Backlack verbacken. Alternativ oder zusätzlich wird eine Distanzlamelle oder ein Distanzstück separat vorgehalten und erst bei der Montage des (ersten) Blechpakets auf einer Rotorwelle gefügt.
Der (als hier zur Unterscheidung als dritter bezeichnete) Außendurchmesser einer solchen Distanzlamelle oder eines solchen Distanzstücks ist kleiner als der (erste) Außendurchmesser der ersten Blechlamelle und/oder der (zweite) Außendurchmesser der zweiten Blechlamelle, also des Abschnitts mit den gestapelten Läuferringen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Außendurchmesser und der zweite Außendurchmesser gleich. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der dritte Außendurchmesser erheblich kleiner als die Außendurchmesser der Blechlamellen, nämlich bevorzugt kleiner als der größte Innendurchmesser der Zentralöffnung. Beispielsweise entsprechen die radialen Außenabmessungen denjenigen eines Innenrings der zweiten Blechlamellen. Damit ist radial außerhalb der zumindest eine Distanzlamelle beziehungsweise des Distanzstücks ein erheblicher Bauraum für beispielsweise ein Axialstellelement (vergleiche nachfolgende Beschreibung) geschaffen, welcher beim Verbau in einem Rotor trotz gegebenenfalls großer axialer Verpresskräfte frei bleibt.
In einer Ausführungsform weist die Distanzlamelle einen Ring mit einem Rotoranschluss auf, welcher einen dritten Außendurchmesser aufweist, wobei sich radial nach außen über diesen dritten Außendurchmesser hinaus erstreckend zumindest eine Stützlasche zum Abstützen einer Anbindung einer Blattfeder einer Blattfedervorrichtung einer ersten Blechlamelle und/oder einer entsprechenden Stützlasche eines Innenrings einer zweiten Blechlamelle vorgesehen ist. In dem Fall ist bevorzugt der dritte Außendurchmesser kleiner als der kleinste Innendurchmesser der Zentralöffnung, also derjenige Innendurchmesser der Zentralöffnung, welcher alle Elemente mit Erstreckung nach radial-innen umfasst. Alternativ ist eine solche Stützlasche als radial innerhalb des dritten Außendurchmessers liegend definiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor mit einer Rotationsachse für einen Elektromotor vorgeschlagen, aufweisend
eine Rotorwelle und ein Blechpaket nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Rotorwelle mittels eines Außenanschlusses und das Blechpaket mittels der Rotoranschlüsse drehmomentübertragend miteinander verbunden sind,
wobei die Läuferringe des Blechpakets mittels der zumindest einen Blattfedervorrichtung relativ zu der Rotorwelle axial bewegbar sind,
wobei bevorzugt zumindest ein weiteres Blechpaket drehmomentübertragend mit der Rotorwelle verbunden ist.
Bei dieser Ausführungsform ist zumindest ein (erstes) Blechpaket mit dem axial beweglichen Abschnitt der gestapelten Läuferringe auf einer Rotorwelle drehmomentübertragend montiert. Wie bereits oben beschrieben ist der besagte Abschnitt relativ zu der Rotorwelle axial bewegbar, auch wenn das zumindest eine (erste) Blechpaket zwischen Deckscheiben axial fixiert ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist auf der Rotorwelle zumindest ein weiteres, beispielsweise konventionelles, Blechpaket montiert. Dabei ist bevorzugt der Abschnitt mit den gestapelten Läuferringen und den Rotoranschlüssen bei dem zumindest einen weiteren Blechpaket baugleich mit demjenigen des hierin vorgeschlagenen (ersten) Blechpakets.
In einer Ausführungsform ist das (erste) Blechpaket als fremderregtes Blechpaket ausgeführt, während zumindest eines der optionalen weiteren Blechpakete permanentmagnetisch ausgeführt sind. In einer Ausführungsform ist das (erste) Blechpaket als permanentmagnetisches Blechpaket ausgeführt, während zumindest eines der optionalen weiteren Blechpakete fremderregt ausgeführt sind. In einer Ausführungsform ist zumindest das (erste) Blechpaket sowohl mit einem fremderregten als auch mit einem permanentmagnetischen Abschnitt ausgeführt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Rotors vorgeschlagen, dass weiterhin ein Axialstellelement zum Übertragen einer Axialkraft vorgesehen ist, wobei das Axialstellelement mittels eines Axialhubs der Läuferringe des Blechpakets betätigbar ist,
wobei bevorzugt das Axialstellelement ein axial komprimierbarer Geberbalg ist.
Bei dieser Ausführungsform ist eine mögliche Nutzbarmachung der axialen Bewegbarkeit des Abschnitts mit den gestapelten Läuferringen aufgezeigt. Beispielsweise in einem axialen Bauraum, welcher von zumindest einer Distanzlamelle oder einem Distanzstück gemäß obiger Beschreibung vorgehalten ist, ist ein Axialstellelement untergebracht. Auf dieses Axialstellelement ist mittels der besagten induzierbaren axialen Bewegung eine Axialkraft und ein Axialhub übertragbar. Das Axialstellelement ist bevorzugt nach axial außen mit einem Verbraucher verbunden, in welchem die Axialkraft und/oder der Axialhub in Arbeit umgesetzt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Axialstellelement ein komprimierbarer Geberbalg, bevorzugt mit einer Flüssigkeit als kommunizierendes Medium, beispielsweise einem Öl. Der Geberbalg ist mit einer großen Ringfläche ausführbar, welche sich radial von der Rotorwelle, bevorzugt von dem Außendurchmesser der Distanzlamellen beziehungsweise des Distanzstücks, bis zum Außendurchmesser der Blechlamellen, also des Abschnitts mit den gestapelten Läuferringen erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Kommunikationsleitung von dem Geberbalg zu einem Nehmerbalg durch eine entsprechende Öffnung in den Läuferringen gebildet. In diesen ist meist neben den Aufnahmeöffnungen für die Permanentmagnete beziehungsweise den Aufnahmen für die Feldspulen Öffnungen zum Durchleiten von einem Kühlmedium vorgesehen, von denen eine für diese Kommunikationsleitung in einer Ausführungsform genutzt beziehungsweise eine weitere dafür in diesem Abschnitt des ersten Blechpakets geschaffen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Elektromotor mit einer Rotationsachse vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- einen Rotor mit einer Rotorwelle und zumindest einem Blechpaket;
- einen Stator zum Antreiben der Rotorwelle; und
- einen Drehmomentbegrenzer, welcher mit der Rotorwelle drehmomentfest verbunden und mit einer Getriebewelle verbindbar ist.

Der Elektromotor ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentbegrenzer elektromagnetisch modulierbar ist.
Hier ist unabhängig von der vorhergehenden Beschreibung von den Blechlamellen ein Elektromotor vorgeschlagen, mit welchem ein Drehmoment moduliert begrenzt übertragbar ist. Dazu weist der Elektromotor einen Rotor mit einer Rotorwelle und zumindest einem Blechpaket auf, wobei darauf hingewiesen sei, dass die Blechpakete in einer Ausführungsform alle anders als das zuvor beschriebene erste Blechpaket ausgeführt sind, beispielsweise alle konventionell ausgeführt sind.
Weiterhin ist ein antreibender Stator vorgesehen, mittels welchem bei entsprechender Ansteuerung und Versorgung mit einem Versorgungsstrom (hier gleichbedeutend verwendet für einen spannungsgesteuerten Elektromotor) der Rotor um die Rotationsachse rotierbar und ein Drehmoment übertragbar ist. Bevorzugt ist ebenso umgekehrt mittels einer Rotation des Rotors um die Rotationsachse ein Stromfluss induzierbar (Generatorbetrieb).
Weiterhin ist ein Drehmomentbegrenzer vorgesehen. Damit ist unterbindbar, dass ein von einem plötzlichen (beispielsweise sprunghaften) Anstieg des Versorgungsstroms induziertes Drehmoment unmittelbar an einen Triebstrang eines Antriebsstrangs abgegeben wird. Damit aber ein zu steiler Anstieg, also eine zu große Änderung, des Drehmoments in jedem Bereich an einer Übertragung an den Triebstrang gehindert ist, darf ein Grenzdrehmoment des Drehmomentbegrenzers nicht starr festgelegt sein. Das Grenzdrehmoment muss also moduliert werden.
Hier ist vorgeschlagen, dass der Drehmomentbegrenzer elektromagnetisch modulierbar ist.
In einer Ausführungsform ist der Drehmomentbegrenzer selbst eine Wirbelstrombremse, mittels welcher bei Bedarf an dem Rotor ein Gegenmoment erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Spule vorgesehen, welche auf einen korrespondierenden Hubkolben einwirkend eingerichtet ist, sodass eine Anpresskraft, mittels welcher Reibpartner des Drehmomentbegrenzers miteinander definiert verpresst sind, moduliert wird. Der Drehmomentbegrenzer ist beispielsweise nach Art einer Rutschkupplung mit Anpressplatte, Gegenplatte und Reibscheibe oder mit einem Lamellenreibpaket ausgeführt. Die Anpresskraft ist beispielsweise von einer Tellerfeder oder Membranfeder vorgehalten. Die Tellerfeder wird mittels der besagten Spule von den Reibpartnern weggezogen oder weggedrückt, sodass damit die Anpresskraft verändert wird. In einer Ausführungsform ist zum Übersetzen eines kleinen magnetischen Hubs der besagten Spule zudem ein Rampengetriebe zwischengeschaltet, von welchem die spulenseitige Rampe rein axial bewegbar mittels einer Blattfedervorrichtung (im gelösten Zustand von der Spule beabstandet) drehmomentübertragend verbunden ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die besagte Spule zu dem Stator fixiert, rotiert also nicht. Der Drehmomentbegrenzer und seine Komponente zum Vorhalten der Anpresskraft hingegen rotiert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine steuerbare Magnetkrafteinrichtung vorgesehen, welche von dem gleichen Versorgungsstrom (bevorzugt mit einem geringeren Anteil davon) versorgt ist. Somit ist eine große Magnetkraft bei einem großen Versorgungsstrom und eine kleine Magnetkraft bei einem kleinen Versorgungsstrom erzeugt. Damit ist eben genau nach Bedarf der Drehmomentbegrenzer modulierbar, nämlich indem bei einem großen Versorgungsstrom das Grenzdrehmoment reduziert wird, also ein Drehmomentschlag von dem übrigen Triebstrang entkoppelt wird. Besonders bevorzugt ist die Magnetkrafteinrichtung derart zu dem Versorgungsstrom verschaltet, dass diese von den Stromänderungen des Versorgungsstroms versorgt ist, also das Grenzdrehmoment ausschließlich bei (bevorzugt großen) Drehmomentanstiegen herabgesetzt wird.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Elektromotors vorgeschlagen, dass der Rotor nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung gebildet ist, wobei das Axialstellelement mit dem Drehmomentbegrenzer derart verbunden ist, dass von einem Axialhub des zumindest einen ersten Blechpakets eine modulierende Kraft auf die Vorspannung des Drehmomentbegrenzers bewirkt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Rotor mit einem (ersten) Blechpaket mit also dem axial bewegbaren Abschnitt der Läuferringe eingesetzt, bei welchem ein Axialstellelement vorgesehen ist. Dieses Axialstellelement ist nun in unmittelbarer Reaktion auf den Versorgungsstrom, nämlich infolge der resultierenden Axialkraft, aktuiert. Damit ist eine sehr schnelle und unmittelbare Reaktion an dem Axialstellelement ermöglicht. Immer dann, wenn ein großer Versorgungsstrom (oder Versorgungsspannung) angelegt wird, resultiert dies in einen Axialhub des Abschnitts mit den gestapelten Läuferringen und damit in einem Axialhub an dem Axialstellelement.
Das Axialstellelement ist mit dem Drehmomentbegrenzer wirktechnisch derart verbunden, dass der Axialhub des (ersten) Blechpakets und der eingebrachten Axialkraft des Axialstellelements als modulierende Kraft auf die Vorspannung des Drehmomentbegrenzers aufgebracht wird. Beispielsweise ist ein Seilzug oder ein Stab mit einer Tellerfeder des Drehmomentbegrenzers verbunden ist und somit die Vorspannung der Tellerfeder mittels der Axialkraft des besagten Seilzugs beziehungsweise Stabs moduliert wird, also verringert oder erhöht wird. In einer Ausführungsform ist das Axialstellelement ein Geberbalg, welcher bei einem Axialhub verpresst und somit über eine Kommunikationsleitung einem Nehmerbalg ein Volumen zugeführt wird. Der Nehmerbalg dehnt sich damit definiert aus und übt damit eine gewünschte modulierende Kraft auf den Drehmomentbegrenzer aus.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine, bevorzugt statische (also nicht rotierende, gehäusefeste) Spule zum Aufbringen einer Axialkraft auf das erste Blechpaket beziehungsweise auf dessen bewegliche Läuferringe vorgesehen. Damit ist die Axialkraft auf das Axialstellelement infolge des Versorgungsstroms modulierbar, beispielsweise ein Offset bedarfsgerecht einstellbar. Beispielsweise sind damit thermische Effekte (beispielsweise eine axiale Temperaturdehnung des ersten Blechpakets) ausgleichbar.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Elektromotors vorgeschlagen, dass der Drehmomentbegrenzer zumindest die folgenden Komponenten umfasst:

- einen Reibring;
- einen Steuerring;
- zumindest einen Steuerhebel, welcher an dem Steuerring fixiert ist;
- ein Steuerelement, mittels welchem der Steuerhebel definiert vorgespannt gehalten ist,
- zumindest ein Summenband, welches beidendig an dem jeweiligen Steuerhebel vorgespannt fixiert und mit dem Reibring, bevorzugt diesen mehrfach umschlingend, reibschlüssig drehmomentübertragend verbunden ist,

Der Reibring ist ein Element, bei welchem eine umlaufende Reibfläche vorgesehen ist, mit welcher das Summenband in reibschlüssigem Eingriff steht, um so ein Drehmoment rein reibschlüssig zu übertragen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ein solches Summenband mittels einer (beispielsweise spanend erzeugten) gewindeartigen Nut in der Oberfläche des Reibrings geführt, sodass die Position des Summenbands auf dem Reibring gesichert ist. der Steuerring ist mit dem Reibring in keiner anderen Weise drehmomentübertragend verbunden, sondern der Reibring und der Steuerring sind (ohne das Summenband) frei gegeneinander um die Rotationsachse verdrehbar. Der Steuerhebel, an welchem das Summenband beidendig befestigt ist, ist mit einem Schwenklager an dem Steuerring um einen Schwenkpunkt des Schwenklagers verschwenkbar fixiert. Das Summenband ist somit mittels des Steuerhebels definiert gehalten und gespannt, wobei bevorzugt für eine einfache Berechenbarkeit der Hebelabstand zu dem Schwenkpunkt (des Schwenklagers) des Steuerhebels des jeweiligen Anbindungspunkts12 der beiden Bandenden des Summenbands identisch ist und zudem einer der Anbindungspunkte1 auf einer Linie mit dem Steuerpunkt des Steuerhebels an dessen Hebelende angeordnet ist. Damit gilt dann die Euler-Eytelwein-Gleichung: $M_{R} = r F \frac{l_{S}}{l_{D}} \frac{e^{μ α} - 1}{e^{μ α} + 1},$
wobei M_R das übertragbare Reibmoment ist, r der Radius des Reibrings, F die auf den Steuerpunkt des Steuerhebels aufgebrachte Kraft zum Schwenken (Schwenkkraft) des Steuerhebels, l_S der Hebelabstand zwischen dem Schwenkpunkt des Schwenklagers und dem Steuerpunkt, l_D (mit l_D = l_D1 = l_D2) der Hebelabstand zwischen dem Schwenkpunkt des Schwenklagers und dem jeweiligen Anbindungspunkt, e die Euler'sche Zahl, µ der Reibbeiwert zwischen dem Summenband und dem Reibring, und α der gesamte Umschlingungswinkel. Aus diesem Zusammenhang ergibt sich, dass mit einem zunehmenden Umschligungswinkel α sich das nominelle Reibmoment, also das Verhältnis von dem Reibmoment und dem Produkt aus der Schwenkkraft und dem Radius des Reibrings, sich asymptotisch dem Wert eins [1] annähert. Der Einfluss des tatsächlich vorliegenden Reibbeiwerts µ wird also zunehmend geringer. Schon ab drei [3] vollständigen Umwicklungen beträgt ein Unterschied zwischen einem nominellen Reibmoment bei einem ersten Reibbeiwert µ₁ von beispielsweise 0,2 [zwei Zehntel] im Vergleich zu einem zweiten Reibbeiwert µ₂ von beispielsweise 0,4 [vier Zehntel] weniger als 5 % [fünf Prozent]. Es ist also mit einem geringen Aufwand über eine Lebenszeit eine (nahezu) konstante reibschlüssige Drehmomentübertragung einstellbar mit einem mittleren Reibbeiwert µ von 0,3 [3 Zehntel] mit bis zu ± 0,1 [plus/minus ein Zehntel] Toleranz in der Fertigung und Montage, aber vor allem auch über eine angestrebte Lebenszeit.
Für unterschiedliche Grenzdrehmomente für jeweils ein Zugmoment oder Schubmoment sind die Hebelabstände l_D1 und l_D2 zu dem Schwenkpunkt unterschiedlich ausgeführt, sodass die oben angegebene Formel (1) etwas komplexer ist.
Hier ist nun weiterhin ein Steuerelement für die Funktion eines sicheren Lösens der reibschlüssigen Drehmomentübertragung bei einem Drehmomentschlag vorgeschlagen, also einem plötzlichen, beispielsweise sprunghaften, Abweichen von dem derzeit anliegenden Drehmoment. Dafür ist das Steuerelement vorgesehen, mittels welchem die Schwenkkraft auf den Steuerhebel aufgebracht ist. Das Steuerelement weist einen Betätigungsweg auf, über welchen eine veränderliche Spannkraft und damit eine veränderliche Schwenkkraft auf den Steuerhebel aufbringbar ist. Das Steuerelement ist dabei derart eingerichtet, dass für ein zunehmendes beziehungsweise größeres zu übertragendes Reibmoment (Anheben des Grenzdrehmoments) eine Schwenkkraft entsprechend steigerbar ist, und entsprechend senkbar ist, um ein abnehmendes beziehungsweise kleineres Reibmoment (Absenken des Grenzdrehmoments) übertragbar zu machen. Damit ist also zum einen eine Drehmomentübertragung zu dem gewünschten Betrag sichergestellt.
Wenn nun ein Drehmomentschlag auftritt, wird das Steuerelement derart reagieren, dass sofort das gewünschte maximal zu übertragende Reibmoment anliegt. Ein dennoch darüber hinausgehendes Drehmoment der Rotorwelle wird aber dennoch das momentan eingestellte Grenzdrehmoment erreichen beziehungsweise überschreiten und es findet ein Durchrutschen statt. Das Summenband wird also durch das Steuerelement mit modulierter (hier also erhöhter) Vorspannung angelegt und eine reibschlüssige Übertragung eines vorbestimmten Reibmoments, durch welches das Grenzdrehmoment definiert ist, ist wieder sichergestellt. Der Effekt ist, dass damit ein Drehmomentschlag verschliffen, also in dem Drehmomentbegrenzer dissipiert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass bei diesem Vorgang durchaus ein (bevorzugt auch schneller) ansteigendes Drehmoment übertragen wird, sofern der Drehmomentschlag nicht ein kurzzeitiger Puls mit Wiederkehr zum vorigen Drehmomentniveau ist. In letzterem Fall wird ein solcher Drehmomentschlag ausgefiltert also ausgekoppelt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Steuerelement elektromagnetisch, bevorzugt abhängig von dem Versorgungsstrom, steuerbar und die Vorspannung des Summenbands damit modulierbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerelement von einem Nehmerbalg gebildet, welcher von einem Geberbalg wie vorhergehend beschrieben gesteuert ist.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Drehmomentbegrenzers vorgeschlagen, dass ein erstes Summenband mit einem ersten Steuerhebel und ein zweites Summenband mit einem zweiten Steuerhebel vorgesehen sind, wobei die Steuerhebel einander entgegengesetzt ausgerichtet sind, wobei das Steuerelement eingerichtet ist, auf beide Steuerhebel in einander gegensätzlicher Richtung zu wirken.
Bei dieser Ausführungsform ist erreicht, dass das Steuerelement keine Kraftabstützung an dem Steuerring benötigt. Vielmehr ist das Steuerelement an den sich jeweils gegenläufig bewegenden Steuerhebeln abgestützt. In einer Ausführungsform weist der Steuerring für das Steuerelement einzig eine Führung beziehungsweise Aufnahme auf, in welcher das Steuerelement geführt beziehungsweise gehalten ist, beispielsweise axial gesichert ist. In einer Ausführungsform sind die Summenbänder spiralartig abwechselnd miteinander gewickelt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zum Ausgleich eines Fliehkrafteffekts auf eine hydraulische Flüssigkeit in dem Axialstellelement mittels geeignet angeordneter und dimensionierter Massen an den Steuerhebeln drehzahl-unabhängig kompensiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:

- zumindest einen Elektromotor nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum Abgeben eines Drehmoments;
- zumindest einen Verbraucher zum Aufnehmen eines Drehmoments; und
- ein Getriebe mit einer mit der Rotor des Elektromotors drehmomentübertragend verbundenen Getriebewelle, wobei mittels des Getriebes ein Drehmoment zwischen dem zumindest einen Elektromotor und einem Verbraucher übertragbar ist,

Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst zumindest einen Elektromotor, welcher nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist und ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der Rotorwelle und einem Verbraucher, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die oder ein Paar der Vortriebsräder. Mittels des Elektromotors mit dem modulierbaren Drehmomentbegrenzer ist die Drehmomentübertragung definiert begrenzt und das Getriebe vor Drehmomentschlägen beziehungsweise einer spürbaren Anregung geschützt. Eine Drehmomentübertragung zwischen dem Verbraucher und der Rotorwelle ist bevorzugt in beiden Richtungen möglich, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs (Zugbetrieb) und in Gegenrichtung (Schubbetrieb) beispielsweise zum Einsatz der Motorbremse zum Entschleunigen des Kraftfahrzeugs oder zur Rekuperation dieser Entschleunigungsenergie.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebsstrangs ist der Elektromotor als ergänzende Antriebsmaschine in einem hybridisierten Antriebsstrang neben einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. In einer Ausführungsform bilden der Elektromotor und eine Reibkupplung gemeinsam ein sogenanntes Hybrid-Modul, welches als eine Baueinheit in den Antriebsstrang einfach integrierbar ist.
Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang, welcher den oben beschriebenen Elektromotor umfasst, sind verringerte Torsionsschwingungen und akustische Störgeräusche in dem Antriebsstrang erzielbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Masse von Komponenten des Elektromotors im Vergleich zu vorbekannten Lösungen nicht wesentlich erhöht oder sogar reduziert. Damit sind die Kosten und/oder der Bauraum reduziert und/oder die Eigenfrequenz nicht wesentlich beeinflusst. Bei dieser Lösung sind bei einigen Ausführungsform keine zusätzlichen Regelungseinrichtungen vorzusehen, sondern es wird der intrinsisch abzugebende Versorgungsstrom genutzt. Zudem ist damit eine sehr schnelle Reaktion jenseits der Trägheit bedingt durch übliche oder kostentechnisch umsetzbare Regelungsfrequenzen erzielbar. Bei einer Ausführungsform mit Summenband ist zudem eine über eine angestrebte Lebensdauer nahezu konstante Abhängigkeit des Grenzdrehmoments von der Momentensteuerung des Elektromotors erzielbar. Durch das Mitführen des Grenzdrehmomentes kann der Elektromotor ohne Beschädigungen an dem Getriebe mit mehr Dynamik betrieben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und zumindest ein Vortriebsrad, wobei zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs das zumindest eine Vortriebsrad mittels des Antriebsstrangs antreibbar ist.
Der Bauraum ist gerade bei Kraftfahrzeugen aufgrund der zunehmenden Anzahl von Komponenten besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Antriebsstrang kleiner Baugröße zu verwenden. Mit dem gewünschten sogenannten Downsizing der Antriebsmaschine bei einer gleichzeitigen Verringerung der Betriebsdrehzahlen wird die Intensität der störenden Torsionsschwingungen erhöht. Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich bei der sogenannten Hybridisierung, bei welcher ein Elektromotor im Betrieb immer häufiger in Einsatz gebracht wird oder sogar die Hauptdrehmomentquelle bildet und eine möglichst kleine Verbrennungskraftmaschine einzusetzen ist, welche aber deutlich häufiger dem Antriebsstrang zugeschaltet und wieder weggeschaltet werden muss. Auch bei einem rein elektrischen Antriebsstrang ist der zur Verfügung stehende Bauraum meist gering, weil viele solche Antriebsstränge ohne Dämpfungsmaßnahmen konzipiert worden sind und/oder der Bauraum für andere Komponenten wie beispielsweise einen Pulswechselrichter und/oder eine Traktionsbatterie vorgehalten werden muss. Es ist daher eine Herausforderung, eine ausreichende Vergleichmäßigung von Drehungleichförmigkeiten bei gleichzeitig geringen Teilekosten und geringem verfügbarem Bauraum bereitzustellen.
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
Mit dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug, welcher den oben beschriebenen Elektromotor in seinem Antriebsstrang umfasst, sind verringerte Torsionsschwingungen und akustische Störgeräusche in dem Antriebsstrang erzielbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Masse von Komponenten des Elektromotors im Vergleich zu vorbekannten Lösungen nicht wesentlich erhöht oder sogar reduziert. Damit sind die Kosten und/oder der Bauraum reduziert und/oder die Eigenfrequenz nicht wesentlich beeinflusst. Bei dieser Lösung sind bei einigen Ausführungsform keine zusätzlichen Regelungseinrichtungen vorzusehen, sondern es wird der intrinsisch abzugebende Versorgungsstrom genutzt. Zudem ist damit eine sehr schnelle Reaktion jenseits der Trägheit bedingt durch übliche oder kostentechnisch umsetzbare Regelungsfrequenzen erzielbar. Bei einer Ausführungsform mit Summenband ist zudem eine über eine angestrebte Lebensdauer nahezu konstante Abhängigkeit des Grenzdrehmoments von der Momentensteuerung des Elektromotors erzielbar. Durch das Mitführen des Grenzdrehmomentes kann der Elektromotor ohne Beschädigungen an dem Getriebe mit mehr Dynamik betrieben werden.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Audi A1, Volkswagen Polo, Opel Corsa oder Renault Clio. Bekannte (Mild-) Hybrid-Fahrzeuge sind Fiat Panda oder der Mazda3 (BP). Als vollelektrische Kraftfahrzeuge bekannt sind beispielsweise ein Audi Q4 e-tron oder ein BMW i3 oder VWID.3.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in

1: eine erste Blechlamelle mit Blattfedervorrichtung;
2: eine zweite Blechlamelle mit Zentralöffnung und Innenring;
3: eine Distanzlamelle;
4: ein (erstes) Blechpaket;
5: ein Elektromotor mit einem Drehmomentbegrenzer in einer Schnittansicht;
6: der Elektromotor gemäß 5 in räumlicher Ansicht; und
7: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang in einer Draufsicht.

In 1 ist eine erste Blechlamelle 1 mit Blattfedervorrichtung 9 mit einer Rotationsachse 2 und einem (ersten) Außendurchmesser 17 (rein optional für einen permanenterregten Elektromotor 5, vergleiche beispielsweise 5) in einer Draufsicht gezeigt. In einem (ersten) Läuferring 6 sind eine Vielzahl von Aufnahmeöffnungen 50 für Permanentmagnete 42 zu erkennen. Zentral ist ein (erster) Rotoranschluss 7 mit einer Innenverzahnung zu erkennen. Diese Elemente sind ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber wie bei einer konventionellen Blechlamelle ausgeführt. Zwischen dem (ersten) Rotoranschluss 7 und dem (ersten) Läuferring 6 ist eine Blattfedervorrichtung 9 mit (hier rein optional drei) einzelnen Blattfedern vorgesehen. Damit sind der (erste) Rotoranschluss 7 und der (erste) Läuferring 6 axial relativ zueinander bewegbar.
In 2 ist eine zweite Blechlamelle 10 mit Zentralöffnung 12 und Innenring 13 mit einer Rotationsachse 2 und einem (zweiten) Außendurchmesser 18 (rein optional für einen permanenterregten Elektromotor 5, vergleiche beispielsweise 5) in einer Draufsicht gezeigt. In einem (zweiten) Läuferring 11 sind eine Vielzahl von Aufnahmeöffnungen 50 für Permanentmagnete 42 zu erkennen. Dieser (zweite) Läuferring 11 ist mit dem in 1 gezeigten (ersten) Läuferring 6 identisch ausgeführt, sodass die axial längeren Permanentmagnete 42 in einem Stapel von Blechlamellen 1,10 aufnehmbar ist. Zentral ist ein (zweiter) Rotoranschluss 14 mit einer Innenverzahnung zu erkennen. Auch diese Elemente sind ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber wie bei einer konventionellen Blechlamelle und zudem mit der (ersten) Blechlamelle 1 gemäß 1 kompatibel ausgeführt. Bevorzugt ist der (zweite) Außendurchmesser 18 dieser (zweiten) Blechlamelle 10 mit dem (ersten) Außendurchmesser 17 der (ersten) Blechlamelle 1 gemäß 1 gleich oder sogar identisch. Zwischen dem (zweiten) Rotoranschluss 14 und dem (zweiten) Läuferring 11 ist keine Verbindung gebildet. Vielmehr ist der (zweite) Rotoranschluss 14 von einem separaten Innenring 13 gebildet. Damit sind auch hier der (zweite) Rotoranschluss 14 beziehungsweise der Innenring 13 und der (zweite) Läuferring 11 axial relativ zueinander bewegbar. Bei der gezeigten Ausführungsform sind zudem (rein optional) Stützlaschen 51 vorgesehen, und zwar hier sowohl an dem Innenring 13 als auch an der Zentralöffnung 12, welche sich radial erstrecken. Hier ist pars-pro-toto jeweils nur eine der jeweils drei Stützlaschen 51 mit einem Bezugszeichen versehen. Diese sind bevorzugt derart angeordnet, dass eine Anbindung der Blattfedern der Blattfedervorrichtung 9 einer (ersten) Blechlamelle 1, wie beispielsweise in 1 gezeigt, an den (ersten) Rotoranschluss 7 beziehungsweise an den (ersten) Läuferring 6 axial abgestützt ist.
In 3 ist eine Distanzlamelle 15 mit einer Rotationsachse 2 und einem (dritten) Außendurchmesser 18 in einer Draufsicht gezeigt. Der (dritte) Außendurchmesser 19 ist hier schematisch an einem gestrichelt dargestellten Kreis als äußerste Umhüllende der Geometrie der Distanzlamelle 15, also inklusive der (rein optionalen) Stützlaschen 51, gezeigt. Zentral ist ein (dritter) Rotoranschluss 16 mit einer Innenverzahnung zu erkennen. Auch dieses Element ist ohne Ausschluss der Allgemeinheit rein der Übersichtlichkeit halber wie bei einer konventionellen Blechlamelle und zudem mit den zuvor gezeigten Blechlamellen 1,10 gemäß 1 und 2 kompatibel ausgeführt. Bevorzugt ist der (dritte) Außendurchmesser 19 dieser Distanzlamelle 15 mit dem Innendurchmesser 20 der Zentralöffnung 12 der (zweiten) Blechlamelle 10 gemäß 2 kompatibel, also zumindest gemäß der relativen Anordnung bei jedem Umlaufwinkel kleiner als dieser. Hier ist kein Läuferring gebildet, sodass im Verbau an der axialen Position der Distanzlamelle 15 radial außerhalb ein freier Bauraum (für ein Axialstellelement 23) geschaffen ist, während zugleich die übrigen Blechlamellen 1,10 des (ersten) Blechpakets 3 und ein gegebenenfalls angrenzendes Blechpaket 22 oder eine Deckscheibe 48 in einem definierten Abstand gehalten sind.
In 4 ist ein (erstes) Blechpaket 3 mit einer Rotationsachse 2 (rein optional für einen permanenterregten Elektromotor 5, vergleiche beispielsweise 5) in räumlicher Ansicht gezeigt. Hierbei sind jeweils eine erste Blechlamelle 1 und eine zweite Blechlamelle 10 (mit Innenring 13), beispielsweise wie in 1 bis 3 gezeigt, abwechselnd vielfach übereinander gestapelt und so das (erste) Blechpaket 3 gebildet. Hierbei ist zudem zumindest eine Distanzlamelle 15 vorgesehen. Zudem sind hier die Permanentmagnete 42 in die Aufnahmeöffnungen 50 der Blechlamellen 1,10 eingesetzt, welche sich von der hier sichtbaren Seite bis zum (verdeckten) Boden durch das gesamte (erste) Blechpaket 3 erstrecken.
In 5 ist ein Elektromotor 5 mit einem Drehmomentbegrenzer 27 mit einer Rotationsachse 2 beziehungsweise Motorachse 45 in einer Schnittansicht gezeigt. In einem Gehäuse 43 ist ein Stator 26 rotatorisch fixiert aufgenommen. Zentral ist ein von dem Stator 26 antreibbarer Rotor 4 gezeigt, welcher mittels Lager 44 in dem Gehäuse 43 reibungsarm um die Rotationsachse 2 rotierbar abgestützt ist. Der Rotor 4 umfasst zentral eine Rotorwelle 8, welche hier nur mittelbar über einen Drehmomentbegrenzer 27 mit einer Getriebewelle 28 verbunden ist. Die Rotorwelle 8 ist hier einzig drehmomentfest mit einem Steuerring 30 verbunden. Auf der Rotorwelle 8 beziehungsweise deren Außenanschluss 21 (beispielsweise eine zu den in 1 bis 3 gezeigten Innenverzahnung korrespondierende Außenverzahnung) sind in diesem Ausführungsbeispiel ein (erstes) Blechpaket 3 (beispielsweise wie in 4 gezeigt) und (rein optional drei) weitere Blechpakete 22 drehmomentfest verbunden aufgenommen. Die Blechpakete 3,22 sind hier zudem axial mittels zwei Deckscheiben 48 links und rechts in der Darstellung fixiert. Der Drehmomentbegrenzer 27 umfasst hier einen Reibring 29, welcher hier (rein optional) einstückig mit einer Getriebewelle 28 beziehungsweise einem Anschlussstutzen zu einer Getriebewelle 28 gebildet ist. Um den Reibring 29 gewickelt sind zwei Summenbänder 34,35 zu erkennen (genauer in 6 gezeigt), welche mittels zweier Steuerhebel 31,32 (in 6 zu erkennen) spannbar sind. Die zwei Steuerhebel 31,32 sind schwenkbar an dem Steuerring 30 befestigt und mittels eines Steuerelements 33 definiert vorgespannt. Das Steuerelement 33 ist hier von einem Nehmerbalg 36 gebildet. Dieser Nehmerbalg 36 ist mittels einer Kommunikationsleitung 49 mit einem Geberbalg 25 kommunizierend verbunden, sodass sich also der Nehmerbalg 36 ausdehnt, wenn der Geberbalg 25 komprimiert wird, und umgekehrt von den Steuerhebeln 31,32 zusammengedrückt wird, wenn sich der Geberbalg 25 wieder ausdehnen kann. Der Geberbalg 25 ist axial von dem (ersten) Blechpaket 3 (hier gegen das angrenzende weitere Blechpaket 22) verpressbar, und zwar infolge der axial Reaktionskraft bei Anliegen eines Magnetfelds zum Rotieren des Rotors 4. Somit ist also von dem (ersten) Blechpaket 3 und dem Stator 26 eine Magnetkrafteinrichtung 52 zum Ausüben eines Axialhubs 24 gebildet, welcher ohne weitere Maßnahme über den Versorgungsstrom zum Erzeugen eines gewünschten Drehmoments an dem Rotor 4 agiert.
In 6 ist der Elektromotor 5 gemäß 5 in räumlicher Ansicht gezeigt, wobei hier für die bessere Sichtbarkeit der Summenbänder 34,35 der Reibring 29 nicht dargestellt ist. Insoweit wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Hier ist zu erkennen, dass ein erstes Summenband 34 mittels eines ersten Steuerhebels 31 und ein zweites Summenband 35 mittels eines zweiten Steuerhebels 32 vorgespannt den (nicht dargestellten, vergleiche 5) Reibring 29 umschlingen. Hier sind die Summenbänder 34,35 rein optional (für eine möglichst gleiche Länge und Wirkung) nebeneinander einander abwechselnd um den Reibring 29 gewickelt, und zwar hier rein optional dreifach. Mit einer dreifachen Umwicklung ist wie zuvor beschrieben eine geringe Toleranzbreite hinsichtlich abweichender Reibbeiwerte erzielbar. Die Steuerhebel 31,32 wiederum sind mittels des hier als Nehmerbalg 36 ausgeführten Steuerelements 33 definiert vorgespannt. Bei dieser Ausführungsform ist somit kein Gegenlager für die Kräfte an den Steuerhebeln 31,32 an dem Steuerring 30 vorzusehen. Einzig müssen Schwenklager für die Steuerhebel 31,32 an dem Steuerring 30 vorgesehen sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an den Steuerhebeln 31,32 eine Kompensationsmasse vorgesehen, sodass Fliehkrafteffekte auf die hydraulische Flüssigkeit in dem Nehmerbalg 36 (Nehmerbalg 36 dehnt sich aufgrund von nach radial außen beschleunigter hydraulischer Flüssigkeit zusätzlich aus) drehzahl-unabhängig kompensierbar sind.
In 7 ist ein Kraftfahrzeug 41 mit einem Antriebsstrang 37 in einer Draufsicht schematisch gezeigt, wobei in einer Quer-Front-Anordnung ein Elektromotor 5 als Antriebsmaschine mit seiner Rotorwelle 8 entlang der Motorachse 45 und quer zu der Längsachse 46 und vor der Fahrerkabine 47 des Kraftfahrzeugs 41 angeordnet sind. Der Antriebsstrang 37 ist zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 41 mittels Antreiben eines linken Vortriebsrads 38 und eines rechten Vortriebsrads 39 (hier optional der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 41) mittels einer Drehmomentabgabe von dem Elektromotor 5 über eine Getriebewelle 28 eines (beispielsweise Übersetzungs-) Getriebes 40 eingerichtet. Die Drehmomentübertragung von dem Elektromotor 5 ist mittels des Drehmomentbegrenzers 27 passiv unterbrechbar und damit sind Drehmomentschläge frühzeitig im Antriebsstrang 37 entkoppelt. Die Rotorwelle 8 ist im Übrigen rein optional dauerhaft (oder alternativ mit einer weiteren nicht dargestellten Drehmomentkupplung trennbar) mit dem Getriebe 40 verbunden.
Mit der hier vorgeschlagenen Blechlamelle ist eine Axialkraft abhängig von einer Motoransteuerung nutzbar gemacht. Mit dem hier vorgeschlagenen Elektromotor ist ein mechanisch übertragbares Grenzdrehmoment modulierbar.
Bezugszeichenliste

1: erste Blechlamelle
2: Rotationsachse
3: erstes Blechpaket
4: Rotor
5: Elektromotor
6: erster Läuferring
7: erster Rotoranschluss
8: Rotorwelle
9: Blattfedervorrichtung
10: zweite Blechlamelle
11: zweiter Läuferring
12: Zentralöffnung
13: Innenring
14: zweiter Rotoranschluss
15: Distanzlamelle
16: dritter Rotoranschluss
17: erster Außendurchmesser
18: zweiter Außendurchmesser
19: dritter Außendurchmesser
20: Innendurchmesser der Zentralöffnung
21: Außenanschluss
22: weiteres Blechpaket
23: Axialstellelement
24: Axialhub
25: Geberbalg
26: Stator
27: Drehmomentbegrenzer
28: Getriebewelle
29: Reibring
30: Steuerring
31: erster Steuerhebel
32: zweiter Steuerhebel
33: Steuerelement
34: erstes Summenband
35: zweites Summenband
36: Nehmerbalg
37: Antriebsstrang
38: linkes Vortriebsrad
39: rechtes Vortriebsrad
40: Getriebe
41: Kraftfahrzeug
42: Permanentmagnet
43: Gehäuse
44: Lager
45: Motorachse
46: Längsachse
47: Fahrerkabine
48: Deckscheibe
49: Kommunikationsleitung
50: Aufnahmeöffnung
51: Stützlasche
52: Magnetkrafteinrichtung

Claims

Blechlamelle (1) mit einer Rotationsachse (2) für ein Blechpaket (3) eines Rotors (4) eines Elektromotors (5), aufweisend einen Läuferring (6) zum Aufnehmen einer Magnetkraft und einen Rotoranschluss (7) zum drehmomentübertragenden Verbinden mit einer Rotorwelle (8), dadurch gekennzeichnet, dass eine Blattfedervorrichtung (9) zwischen dem Läuferring (6) und dem Rotoranschluss (7) vorgesehen ist.
Blechlamelle (10) mit einer Rotationsachse (2) für ein Blechpaket (3) eines Rotors (4) eines Elektromotors (5), aufweisend einen Läuferring (11) zum Aufnehmen einer Magnetkraft, dadurch gekennzeichnet, dass radial-innen eine Zentralöffnung (12) zum beabstandeten Umgeben einer Rotorwelle (8) vorgesehen ist.
Blechlamelle (10) nach Anspruch 2, wobei weiterhin ein Innenring (13) zum Anordnen in der Zentralöffnung (12) vorgesehen ist, wobei der Innenring (13) einen Rotoranschluss (14) zum drehmomentübertragenden Verbinden mit einer Rotorwelle (8) aufweist.
Blechpaket (3) mit einer Rotationsachse (2) für einen Rotor (4) eines permanentmagnetischen Elektromotors (5), aufweisend zumindest eine erste Blechlamelle (1) nach Anspruch 1 und zumindest eine weitere Blechlamelle (1,10), welche bevorzugt miteinander mittels eines Backlacks verbacken sind.
Blechpaket (3) nach Anspruch 4, wobei zumindest eine Distanzlamelle (15) umfasst ist, welche einen dritten Außendurchmesser (19) aufweist, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser (17) der ersten Blechlamelle (1) und/oder der Außendurchmesser (18) der weiteren Blechlamelle (10), wobei bevorzugt der dritte Außendurchmesser (19) kleiner ist als der größte Innendurchmesser (20) der Zentralöffnung (12) der zweiten Blechlamelle (10).
Rotor (4) mit einer Rotationsachse (2) für einen Elektromotor (5), aufweisend eine Rotorwelle (8) und ein Blechpaket (3) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Rotorwelle (8) mittels eines Außenanschlusses (21) und das Blechpaket (3) mittels der Rotoranschlüsse (7) drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, wobei die Läuferringe (6,11) des Blechpakets (3) mittels der zumindest einen Blattfedervorrichtung (9) relativ zu der Rotorwelle (8) axial bewegbar sind, wobei bevorzugt zumindest ein weiteres Blechpaket (22) drehmomentübertragend mit der Rotorwelle (8) verbunden ist.
Rotor (4) nach Anspruch 6, wobei weiterhin ein Axialstellelement (23) zum Übertragen einer Axialkraft vorgesehen ist, wobei das Axialstellelement (23) mittels eines Axialhubs (24) der Läuferringe (6,11) des Blechpakets (3) betätigbar ist, wobei bevorzugt das Axialstellelement (23) ein axial komprimierbarer Geberbalg (25) ist.
Elektromotor (5) mit einer Rotationsachse (2), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - einen Rotor (4) mit einer Rotorwelle (8) und zumindest einem Blechpaket (3,22); - einen Stator (26) zum Antreiben der Rotorwelle (8); und - einen Drehmomentbegrenzer (27), welcher mit der Rotorwelle (8) drehmomentfest verbunden und mit einer Getriebewelle (28) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentbegrenzer (27) elektromagnetisch modulierbar ist.
Elektromotor (5) nach Anspruch 8, wobei der Rotor (4) nach Anspruch 7 gebildet ist, wobei das Axialstellelement (23) mit dem Drehmomentbegrenzer (27) derart verbunden ist, dass von einem Axialhub (24) des zumindest einen ersten Blechpakets (3) eine modulierende Kraft auf die Vorspannung des Drehmomentbegrenzers (27) bewirkt ist.
Elektromotor (5) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der Drehmomentbegrenzer (27) zumindest die folgenden Komponenten umfasst: - einen Reibring (29); - einen Steuerring (30); - zumindest einen Steuerhebel (31,32), welcher an dem Steuerring (30) fixiert ist; - ein Steuerelement (33), mittels welchem der Steuerhebel (31,32) definiert vorgespannt gehalten ist, - zumindest ein Summenband (34,35), welches beidendig an dem jeweiligen Steuerhebel (31,32) vorgespannt fixiert und mit dem Reibring (29), bevorzugt diesen mehrfach umschlingend, reibschlüssig drehmomentübertragend verbunden ist, wobei bevorzugt das Steuerelement (33) ein Nehmerbalg (36) ist, welcher mit einem Geberbalg (25) eines Rotors (4) nach Anspruch 7 kommunizierend verbunden ist.