WO2016026596A1 - Elektrische maschine mit integrierter geberstruktur - Google Patents
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Definitions
- an electric machine such as a synchronous machine or an asynchronous machine
- the electric machine has a relative to the stator immovably arranged magnetic field sensor.
- the magnetic field sensor is designed to generate a signal on a change of a magnetic field, from which a rotor position and / or a rotor speed can be determined.
- the rotor position may be about an angular position of the rotor.
- the electric machine according to the invention is characterized in particular in that the rotor has at least one opening which extends parallel to the axis of rotation and which is designed to generate a local magnetic field change, which is detectable by the magnetic field sensor.
- the opening in the rotor can locally cause a change in a magnetic quantity, such as a magnetic flux density, a magnetic flux and / or a magnetic field strength, which can be detected by a passing of the opening on the magnetic field sensor of this.
- the magnetic field sensor may generate a signal in response to the detected magnetic field change that may be communicated to, for example, a processing device such as a controller. Based on the transmitted signal, the processing device can determine the rotor position and / or the rotor speed. For this purpose, the magnetic field sensor can also generate a digital signal which
- the openings may, for example, along a
- the short-circuit bars 26 are electrically connected to a short-circuit cage 30 with an annular short-circuit ring 28 on each end face of the rotor 20 so that eddy currents can flow in the short-circuit cage 30.
- the electric machine 10 has a relative to the stator 12
- Magnet element 35 may be arranged.
- the magnetic element 35 may be arranged in the axial direction behind the sensor element 37. It is also possible for a plurality of magnetic field sensors 34 to be arranged at the same or variable radial distance on at least one end face of the rotor 20.
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Abstract
Es wird eine elektrische Maschine (10) vorgeschlagen, welche einen um eine Drehachse (18) drehbar gelagerten Rotor (20) und einen Stator (12) mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen (14) aufweist, die dazu ausgeführt sind, ein magnetisches Erregerfeld zum Antreiben des Rotors (20) zu erzeugen. Weiter weist die elektrische Maschine (10) einen relativ zum Stator (12) unbeweglich angeordneten Magnetfeldsensor (34) auf, der dazu ausgeführt ist, als Antwort auf eine Veränderung eines Magnetfelds ein Signal zu erzeugen, aus welchem eine Rotorlage und/oder eine Rotordrehzahl bestimmbar ist. Die elektrische Maschine zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Rotor (20) wenigstens eine Öffnung (32) aufweist, die sich parallel zur Drehachse (18) erstreckt und die dazu ausgeführt ist, eine lokale Magnetfeldänderung zu erzeugen, welche von dem Magnetfeldsensor (34) detektierbar ist. So kann in vorteilhafter Weise ein Geberrad entfallen.
Description
Beschreibung
Elektrische Maschine mit integrierter Geberstruktur
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet von elektrischen Maschinen, wie etwa
Elektromotoren oder Generatoren. Hintergrund der Erfindung
Elektrische Maschinen werden etwa in Form von Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt. Insbesondere finden elektrische Maschinen zunehmend in der Automobilindustrie in
Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb Anwendung und werden zu diesem
Zweck verstärkt weiterentwickelt.
Elektrische Maschinen weisen meist einen in einem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Für einen Betrieb der elektrischen Maschine als Motor kann ein in dem Stator generiertes, rotierendes Magnetfeld bzw. magnetisches Drehfeld an den
Rotor angelegt und so ein Drehmoment auf diesen ausgeübt werden, durch welches der Rotor in Rotation versetzt werden kann. Solche elektrischen Maschinen werden daher auch als Drehfeldmaschinen bezeichnet. Für eine Regelung von Drehfeldmaschinen, insbesondere für Hybrid- und
Elektrofahrzeuge, kann es notwendig sein, eine aktuelle Rotorlage bzw. eine Winkellage des Rotors und/oder eine Rotordrehzahl zu bestimmen. Elektrische Maschinen werden daher häufig mit einem Winkelgebersystem und/oder einem Drehzahlgebersystem ausgestattet. Derartige Systeme zur Winkel- und/oder Drehzahlerfassung können beispielsweise einen Resolver und/oder einen
Wirbelstromsensor aufweisen.
Auch sogenannte Digital-Drehgebersysteme werden zur Winkel- und/oder Drehzahlerfassung eingesetzt, welche in der Regel ein mit einer Verzahnung versehenes Geberrad aus magnetisch leitfähigem Material, wie etwa Eisen oder Stahl, aufweisen, welches drehfest mit dem Rotor verbunden sein kann. Mittels wenigstens eines relativ zum Stator unbeweglich angeordneten
Magnetfeldsensors, wie etwa einem Hallsensor, können lokale
Magnetfeldänderungen erfasst und entsprechende Sensorsignale generiert werden, welche eine Bestimmung der Rotorlage und/oder der Drehzahl ermöglichen können.
Ein Geberrad der obenstehend beschrieben Art ist beispielsweise aus der DE 198 13 594 AI bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, eine kompakte, kostengünstige und leichte elektrische Maschine bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine, vorgeschlagen, welche einen um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor und einen Stator mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen aufweist, die dazu ausgeführt sind, ein magnetisches Erregerfeld, etwa ein magnetisches Drehfeld, zum Antreiben des
Rotors zu erzeugen. Weiter weist die elektrische Maschine einen relativ zum Stator unbeweglich angeordneten Magnetfeldsensor auf. Der Magnetfeldsensor ist dazu ausgeführt, auf eine Veränderung eines Magnetfelds ein Signal zu erzeugen, aus welchem eine Rotorlage und/oder eine Rotordrehzahl bestimmbar ist. Die Rotorlage kann dabei etwa eine Winkellage des Rotors bezeichnen. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Rotor wenigstens eine Öffnung aufweist, die sich parallel zur Drehachse erstreckt und die dazu ausgeführt ist, eine lokale Magnetfeldänderung zu erzeugen, welche von dem Magnetfeldsensor detektierbar ist.
Mit anderen Worten kann die Öffnung in dem Rotor lokal eine Änderung in einer magnetischen Größe, wie etwa einer magnetischen Flussdichte, eines magnetischen Flusses und/oder einer magnetischen Feldstärke hervorrufen,
welche bei einem Vorbeibewegen der Öffnung an dem Magnetfeldsensor von diesem erfasst werden kann. Der Magnetfeldsensor kann als Antwort auf die detektierte Magnetfeldänderung ein Signal erzeugen, welches beispielsweise an eine Verarbeitungsvorrichtung, wie etwa ein Steuergerät, übermittelt werden kann. Basierend auf dem übermittelten Signal kann die Verarbeitungsvorrichtung die Rotorlage und/oder die Rotordrehzahl bestimmen. Zu diesem Zweck kann der Magnetfeldsensor auch ein digitales Signal erzeugen, welches
beispielsweise bei einem Über- oder Unterschreiten eines vordefinierbaren Schwellenwertes einer magnetischen Größe von dem Magnetfeldsensor ausgegeben werden kann. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann daher über ein sogenanntes digitales Drehgebersystem verfügen, wobei die in den Rotor integrierte Öffnung als integrierte Geberstruktur dienen kann.
Durch die in dem Rotor integrierte Öffnung kann ein gesondertes Geberrad für die elektrische Maschine entfallen. Dies kann sich wiederum vorteilhaft auf ein Gewicht, Herstellungskosten sowie eine Größe der elektrischen Maschine auswirken. Auch Wartungsarbeiten können reduziert sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung in einer radialen Richtung des Rotors geschlossen. Die Öffnung kann einen dreieckigen, einen viereckigen, einen runden, einen polygonartigen oder einen beliebig anders gestalteten Querschnitt aufweisen. Die Öffnung kann in der radialen Richtung, etwa in einem Rotorquerschnitt, vollständig umschlossen sein, etwa von Komponenten des Rotors. Die Öffnung kann ein radiales Loch sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Rotor eine Mehrzahl von Öffnungen mit gleichem radialen Abstand zur Drehachse auf, die lokale
Magnetfeldänderungen erzeugen, welche von dem Magnetfeldsensor detektierbar sind. Die Öffnungen können beispielsweise entlang einer
Umfangsrichtung an einem Durchmesser des Rotors äquidistant oder in variablem Abstand zueinander angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Magnetfeldsensor ein Hallsensor. Insbesondere im Hinblick auf eine Bauteilgröße sowie eine Präzision kann ein Hallsensor vorteilhaft sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Magnetfeldsensor an einer Stirnseite des Rotors in axialer Richtung neben der Öffnung angeordnet. Der
Magnetfeldsensor kann somit ein Magnetfeld bzw. eine Magnetfeldänderung in der axialen Richtung erfassen. Der Magnetfeldsensor kann somit axiallesend angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung in ein
Lamellenpaket des Rotors eingebracht. Die Öffnung kann beispielsweise durch Ausstanzen eines Teilbereichs des Lamellenpakets in das Lamellenpaket eingebracht sein. Durch Integration der Öffnung in das Lamellenpaket kann eine kompakte, kostengünstige, leichte und robuste elektrische Maschine
bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Öffnung durch das gesamte Lamellenpaket in einer Längserstreckungsrichtung des
Lamellenpakets. Die Längserstreckungsrichtung des Lamellenpakets kann dabei parallel zur Drehachse verlaufen. Durch ein Ausbilden der Öffnung in dem gesamten Lamellenpaket kann sichergestellt sein, dass die durch die Öffnung hervorgerufene Magnetfeldänderung groß genug ist, um auch bei hohen
Drehzahlen mit ausreichender Präzision erfasst werden zu können. Ferner kann eine derartige Ausgestaltung eine Produktion vereinfachen und
Produktionskosten senken, da beispielsweise alle Lamellen des Lamellenpakets identisch gefertigt und dann zu einem Lamellenpaket zusammengefügt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung in einer radialen Richtung zwischen einem Kurzschlussring eines Kurzschlusskäfigs (ASM) oder des größten Kreises um die Welle, der nicht die Permanentmagnete berührt (PSM) und einer Welle der elektrischen Maschine angeordnet. Die Welle kann dabei koaxial zur Drehachse angeordnet sein. Ein Bereich zwischen dem
Kurzschlussring und der Welle wird häufig als Rotorjochbereich bezeichnet. Der Rotorjochbereich wird häufig elektromagnetisch nicht genutzt, d.h. er wird weder für eine Erzeugung eines Drehmoments noch anderweitig genutzt, so dass die Öffnung in diesem Bereich angeordnet werden kann, ohne Einfluss auf einen weiteren Betrieb der elektrischen Maschine zu nehmen. Die Öffnung kann dabei auch teilweise von dem Kurzschlussring überdeckt sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung in eine
Wuchtscheibe des Rotors eingebracht, wobei die Wuchtscheibe stirnseitig an dem Rotor angeordnet ist. Die Wuchtscheibe kann zu diesem Zweck aus einem
magnetisch leitfähigen Material gefertigt sein, etwa Eisen, Stahl und/oder einem anderen ferromagnetischen Material. Auch durch eine Integration der Öffnung in die Wuchtscheibe kann eine kostengünstige, leichte und kompakte elektrische Maschine bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Öffnung durch die gesamte Wuchtscheibe in Längserstreckungsrichtung der Wuchtscheibe. Die Längserstreckungsrichtung der Wuchtscheibe kann parallel zur Drehachse verlaufen.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1A zeigt eine Draufsicht auf eine Stirnsite einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1B zeigt einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine aus Fig. 1A.
Fig. 2A zeigt eine Draufsicht auf eine Stirnsite einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2B zeigt einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine aus Fig. 2A.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende
Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1A zeigt eine Draufsicht auf eine Stirnsite einer elektrischen Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 1B zeigt einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine 10 aus Fig. 1A. Die in den Figuren 1A und 1B gezeigte elektrische Maschine 10 ist eine Asynchronmaschine.
Die elektrische Maschine 10 weist einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Stator 12 mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen 14 auf, welche entlang eines
Umfangs der elektrischen Maschine 10 angeordnet sind. Die Statorwicklungen 14 können sich dabei im Wesentlichen in einer Längserstreckungsrichtung der elektrischen Maschine 10 erstrecken. Weiter weist die elektrische Maschine 10 einen mit einer Welle 16 um eine
Drehachse 18 drehbar gelagerten Rotor 20 auf. Der Rotor 20 kann dabei koaxial mit dem Stator 12 angeordnet und über einen Spalt 15 von diesem beabstandet sein. Der Rotor 20 weist ein Lamellenpaket 22 auf, welches eine Vielzahl von in Längserstreckungsrichtung der elektrischen Maschine 10 übereinander gestapelten, im Wesentlichen zylinderförmigen Blechlamellen 24 aufweisen kann. Dabei kann jede Blechlamelle 24 aus einem ferromagnetischen
Metallblech ausgestanzt sein.
Weiter weist der Rotor 20 entlang eines Außenumfangs eine Mehrzahl von Kurzschlussstäben 26 auf, welche in komplementär ausgebildeten
Ausnehmungen des Rotors 20 angeordnet sind und sich in
Längserstreckungsrichtung des Rotors 20 erstrecken. Die Kurzschlussstäbe 26 sind mit einem ringförmigen Kurzschlussring 28 an jeder Stirnseite des Rotors 20 miteinander zu einem Kurzschlusskäfig 30 elektrisch verbunden, so dass in dem Kurzschlusskäfig 30 Wirbelströme fließen können.
Weiter weist der Rotor 20 entlang eines Umfangs Öffnungen 32 auf, welche in radialer Richtung des Rotors 20 (orthogonal zur Drehachse 18) zwischen der Welle 16 und dem Kurzschlussring 28 angeordnet sind. Die Öffnungen 32 können im sogenannten Rotorjoch angeordnet sein, wobei ein Abstand der
Öffnungen 32 zur Welle 16 kleiner oder größer als ein Abstand zum
Kurzschlussring 28 sein kann. Die Öffnungen 32 können ferner auch zumindest
teilweise von dem Kurzschlussring 28 überdeckt sein. Es können auch mehrere derartige Öffnungen, beispielsweise zwei oder mehr, vorgesehen sein.
Die Öffnungen 32 können einen beliebig ausgebildeten Querschnitt aufweisen, beispielsweise können sie einen runden, dreieckigen, viereckigen,
trapezförmigen oder polygonartigen Querschnitt aufweisen. Die Öffnungen 32 können einen gleichen radialen Abstand zur Drehachse 18 bzw. zur Welle 18 aufweisen. Sie können jedoch auch in variablem Abstand zur Welle 18 angeordnet sein. Ferner können sie in Umfangsrichtung des Rotors 20 äquidistant oder in variablem Abstand zueinander angeordnet sein.
Die Öffnungen 32 sind in radialer Richtung sowohl zur Welle 16 hin als auch zum Stator 14 hin geschlossen ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Öffnungen 32 vollständig in das Lamellenpaket 22 des Rotors 20 eingebettet und von diesem umgeben, wobei eine Berandung der Öffnungen 32 von dem
Lamellenpaket 22 definiert sein kann. Zwei entlang der Umfangsrichtung direkt benachbarte Öffnungen 32 sind dabei jeweils von einem Teilbereich 33 des Lamellenpakets 22 speichenartig voneinander getrennt. Es kann somit durch die Öffnungen 32 eine Art Zahn-Lücke Geometrie in dem Lamellenpaket 22 ausgebildet sein, wobei die Teilbereiche 33 die Zähne und die Öffnungen 32 die
Lücken bilden können. Die Zahn-Lücke Geometrie kann als in den Rotor 20 integrierte Geberstruktur bzw. ein in den Rotor 20 integriertes Geberrad erachtet werden. Die Öffnungen 32 können das Lamellenpaket 22 des Rotors 20 in
Längserstreckungsrichtung des Rotors 20 vollständig oder teilweise durchziehen, wobei sie in letzterem Fall zumindest als makroskopische Vertiefungen an wenigstens einer Stirnseite des Rotors 20 ausgebildet sein können. Eine
Längserstreckungsrichtung der Öffnungen 32 kann parallel zur Drehachse 18 verlaufen.
Weiter weist die elektrische Maschine 10 einen relativ zum Stator 12
unbeweglich angeordneten Magnetfeldsensor 34 auf, welcher an einer Stirnseite des Rotors 20 in axialer Richtung neben einer Öffnung 32 angeordnet ist. Der Magnetfeldsensor 34 kann in axialer Richtung in einem Abstand von maximal zehn mm, beispielsweise maximal ein mm und insbesondere maximal 0,5 mm von einer stirnseitigen Außenfläche des Rotors 20 beabstandet sein. Der Magnetfeldsensor 34 weist ein Sensorelement 37, etwa einen Hallsensor, auf.
Der Magnetfeldsensor 34 kann ferner ein Magnetelement 35 aufweisen, wobei das Sensorelement 37 zwischen einer Stirnseite des Rotors 20 und dem
Magnetelement 35 angeordnet sein kann. Mit anderen Worten kann das Magnetelement 35 in axialer Richtung hinter dem Sensorelement 37 angeordnet sein. Es können auch mehrere Magnetfeldsensoren 34 in gleichem oder variablem radialen Abstand an wenigstens einer Stirnseite des Rotors 20 angeordnet sein.
Der Magnetfeldsensor 34 kann in einem im Wesentlichen gleichen radialen Abstand von der Welle 16 wie die Öffnungen 32 angeordnet sein, so dass eine dem Rotor 20 zugewandte Außenfläche des Magnetfeldsensors 34 zumindest teilweise mit der Öffnung 32 überlappen kann, wenn diese an dem
Magnetfeldsensor 34 mit dem Rotor 20 vorbeigedreht wird.
Weiter weist die elektrische Maschine 10 eine Verarbeitungsvorrichtung 36 auf, welche elektrisch mit dem Magnetfeldsensor 34 verbunden sein kann und dazu ausgeführt sein kann, ein von dem Magnetfeldsensor 34 generiertes Signal zu verarbeiten. Die Verarbeitungsvorrichtung 36 kann etwa ein Steuergerät sein.
Werden die Statorwicklungen 14 angesteuert bzw. von einem Strom
durchflössen, so wird ein magnetisches Erregerfeld, etwa ein magnetisches Drehfeld, zum Antreiben des Rotors 20 generiert. Das Erregerfeld kann
Wirbelströme in dem Kurzschlusskäfig 30 und damit einhergehend ein weiteres Magnetfeld im Lamellenpaket 22 induzieren, wodurch in Wechselwirkung mit dem Erregerfeld ein Drehmoment auf den Rotor 20 ausgeübt und dieser in Rotation versetzt werden kann.
Das durch das Magnetelement 35 des Magnetfeldsensors 34 generierte
Magnetfeld kann zumindest teilweise mit dem Lamellenpaket 22 wechselwirken, wobei die in das Lamellenpaket 22 eingebrachten Öffnungen 32 das durch das
Magnetelement 35 generierte Magnetfeld lokal stören bzw. eine lokale Änderung in dem Magnetfeld hervorrufen können.„Lokal" kann in diesem Zusammenhang „in einem begrenzten Raumbereich um die Öffnungen 32 herum" bedeuten. Beispielsweise kann das Sensorelement 37 ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld detektieren, wenn eine der Öffnungen 32 in axialer Richtung direkt neben dem Sensorelement 37 angeordnet ist, wohingegen das das
Sensorelement 37 ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld detektieren kann, wenn ein zwischen zwei direkt benachbarten Öffnungen 32 ausgebildeter
Teilbereich 33 in axialer Richtung direkt neben dem Sensorelement 37 angeordnet ist. Bei Rotation des Rotors 20 kann das Sensorelement 37 so abwechselnd ein starkes und ein schwaches Magnetfeld detektieren. Bewegt sich während einer Rotation des Rotors 20 eine der Öffnungen 32 an dem Magnetfeldsensor 34 vorbei, so kann dieser die durch diese Öffnung 32 hervorgerufene Magnetfeldänderung erfassen und ein elektrisches Signal bzw. Antwortsignal an die Verarbeitungsvorrichtung 36 übermitteln bzw. senden. Das Antwortsignal kann beispielsweise ein Schwellensignal sein, welches bei einem Über- oder Unterschreiten eines gewissen Schwellenwertes einer
Magnetfeldstärke und/oder einer relativen oder absoluten Magnetfeldänderung ausgegeben werden kann. Alternativ oder optional kann der Magnetfeldsensor 34 auch ein Signal ausgegeben, wenn sich ein zwischen zwei direkt
benachbarten Öffnungen 32 ausgebildeter Teilbereich 33 des Lamellenpakets 22 an dem Magnetfeldsensor 34 vorbeibewegt. Das Signal kann jedoch auch kontinuierlicher Messwert der Magnetfeldstärke sein, welcher von der
Verarbeitungsvorrichtung 36 verarbeitet werden kann.
Die Verarbeitungsvorrichtung 36 kann aus einem derartigen Antwortsignal eine Lage bzw. Winkellage bzw. Position des Rotors 20 bestimmen. Weiter kann die
Verarbeitungsvorrichtung 36 aus wenigstens zwei Antwortsignalen des
Magnetfeldsensors 34 eine Drehzahl bzw. eine Rotationsfrequenz des Rotors 20 und/oder eine Rotationsgeschwindigkeit bestimmen. Fig. 2A zeigt eine Draufsicht auf eine Stirnseite einer elektrischen Maschine 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2B zeigt einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine 10 aus Fig. 2A. Die in den Figuren 2A und 2B gezeigte elektrische Maschine 10 ist eine Synchronmaschine. Sofern nicht anders beschrieben, kann die elektrische Maschine 10 der Fig. 2A und 2B dieselben Merkmale und Eigenschaften aufweisen wie die elektrische Maschine
10 der Fig. 1A und 1B und umgekehrt.
Bei der in Fig. 2A und 2B gezeigten elektrischen Maschine sind Magnetelemente 38 entlang eines Umfangs nahe eines Außendurchmessers des Rotors 20 in den Rotor 20 eingebettet bzw. in diesem angeordnet. Die Magnetelemente 38 können etwa Permanentmagnete sein. Die Magnetelemente 38 können sich vollständig oder teilweise durch das Lamellenpaket 22 in Längserstreckungsrichtung des
Rotors 20 erstrecken und im Wesentlichen parallel zur Drehachse 18 angeordnet sein.
Ein durch die Statorwicklungen 14 generiertes magnetisches Erregerfeld kann mit einem Magnetfeld der Magnetelemente 38 wechselwirken, so dass ein
Drehmoment auf den Rotor 20 ausgeübt und dieser in Rotation versetzt werden kann.
Weiter ist an wenigstens einer Stirnseite des Rotors 20 eine Wuchtscheibe 40 angeordnet, welche insbesondere dazu ausgeführt ist, den Rotor 20
auszuwuchten und/oder die zum Auswuchten des Rotors 20 spanend bearbeitet werden kann.
In die Wuchtscheibe 40 sind analog den Öffnungen 32 aus Fig. 1A und 1B Öffnungen 32 angeordnet, die dazu ausgeführt sind, eine lokale
Magnetfeldänderung des durch das Magnetelement 35 des Magnetfeldsensors 34 generierten Magnetfeldes zu erzeugen, welche von dem Magnetfeldsensor 34 bzw. dem Sensorelement 37 des Magnetfeldsensors 34 erfassbar ist. Sämtliche strukturellen Merkmale und Eigenschaften der Öffnungen 32 aus Fig. 1A und 1B können analog für die Öffnungen 32 der Fig. 2A und 2B gelten. Die Öffnungen 32 der Fig. 2A und 2B können sich zusätzlich zur Wuchtscheibe 40 auch durch das Lamellenpaket 22 erstrecken. Die Öffnungen 32 in der Wuchtscheibe 40 sind in radialer Richtung sowohl zur Welle 16 hin als auch zum Stator 12 hin
geschlossen und zwei in Umfangsrichtung direkt benachbarte Öffnungen 32 sind von Teilbereichen 33 der Wuchtscheibe 40 speichenartig voneinander getrennt.
Die Öffnungen 32 können über eine gesamte Dicke bzw. Breite der
Wuchtscheibe 40 in Längserstreckungsrichtung ausgebildet sein. Die Öffnungen 32 können sich auch nur bis zu einer gewissen Tiefe in die Wuchtscheibe 40 erstrecken.
Eine Bestimmung einer Rotorlage und/oder einer Drehzahl mithilfe der
Öffnungen 32, des Magnetfeldsensors 34 und der Verarbeitungsvorrichtung 36 kann analog der bei Fig. 1A und 1B beschriebenen Bestimmung vonstattengehen bzw. ablaufen.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie„umfassend" keine anderen Elemente ausschließen und Begriffe wie„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener
Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Claims
Ansprüche
Elektrische Maschine (10), aufweisend:
einen um eine Drehachse (18) drehbar gelagerten Rotor (20);
einen Stator (12) mit einer Mehrzahl von Statorwicklungen (14), die dazu ausgeführt sind, ein magnetisches Erregerfeld zum Antreiben des Rotors
(20) zu erzeugen; und
einen relativ zum Stator (12) unbeweglich angeordneten Magnetfeldsensor (34), der dazu ausgeführt ist, als Antwort auf eine Veränderung eines Magnetfelds ein Signal zu erzeugen, aus welchem eine Rotorlage und/oder eine Rotordrehzahl bestimmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (20) wenigstens eine Öffnung (32) aufweist, die sich parallel zur Drehachse (18) erstreckt und die dazu ausgeführt ist, eine lokale
Magnetfeldänderung zu erzeugen, welche von dem Magnetfeldsensor (34) detektierbar ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1,
wobei die Öffnung (32) in einer radialen Richtung des Rotors (20) geschlossen ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei der Rotor (20) eine Mehrzahl von Öffnungen (32) mit gleichem radialen Abstand zur Drehachse (18) aufweist, die lokale
Magnetfeldänderungen erzeugen, welche von dem Magnetfeldsensor (34) detektierbar sind.
Elektrische Maschine (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (34) ein Hallsensor ist.
Elektrische Maschine (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldsensor (34) an einer Stirnseite des Rotors (20) in
axialer Richtung neben der Öffnung (32) angeordnet ist.
6. Elektrische Maschine (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (32) in ein Lamellenpaket (22) des Rotors (20) eingebracht ist.
7. Elektrische Maschine (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche wobei sich die Öffnung (32) durch das gesamte Lamellenpaket (22) in einer Längserstreckungsrichtung des Lamellenpakets (22) erstreckt.
8. Elektrische Maschine (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (32) in einer radialen Richtung zwischen einem
Kurzschlussring (28) eines Kurzschlusskäfigs (30) und einer Welle (16) der elektrischen Maschine (10) angeordnet ist.
9. Elektrische Maschine (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (32) in eine Wuchtscheibe (40) des Rotors (20) eingebracht ist,
wobei die Wuchtscheibe (40) stirnseitig an dem Rotor (20) angeordnet ist.
10. Elektrische Maschine (10) gemäß Anspruch 9,
wobei die Öffnung (32) sich durch die gesamte Wuchtscheibe (40) in Längserstreckungsrichtung der Wuchtscheibe (40) erstreckt.
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