WO2022179659A1 - Elektrische axialflussmaschine - Google Patents

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WO2022179659A1
WO2022179659A1 PCT/DE2022/100102 DE2022100102W WO2022179659A1 WO 2022179659 A1 WO2022179659 A1 WO 2022179659A1 DE 2022100102 W DE2022100102 W DE 2022100102W WO 2022179659 A1 WO2022179659 A1 WO 2022179659A1
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spring
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axial
adjustment
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PCT/DE2022/100102
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Inventor
Christoph Raber
René Daikeler
Shen DING
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02K21/025—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the relative position between field and armature, e.g. between rotor and stator by varying the thickness of the air gap between field and armature
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Definitions

  • the present invention relates to an electrical axial flux machine in an I arrangement, comprising a stator with a first partial stator and with a second partial stator arranged at an axial distance from the first partial stator, and a rotor with a disk-shaped design arranged on a rotor shaft and axially between the first partial stator and the second partial stator arranged rotor body, wherein the first partial stator and the second partial stator are arranged movably in the axial direction relative to the rotor body.
  • the axial flow machine includes an adjustment device, the adjustment device being set up to adjust the first partial stator and the second partial stator in the axial direction for setting an air gap.
  • An electrical axial flow machine with a stator and a rotor is known from EP 2985893 A1, the stator comprising at least two stator segments and the rotor being connected to a rotor shaft, the rotor and/or the rotor shaft being rotatably mounted in a bearing, and wherein the stator segments are arranged immovably in the direction of rotation of the rotor relative to the bearing. At least one of the stator segments is movably arranged in the axial or radial direction relative to the bearing in order to adjust the width of the air gap between the rotor and the stator segments.
  • DE 102019 131 198 A1 also describes a modular axial flux motor for driverless transport vehicles, which comprises at least one disk-shaped stator and at least one disk-shaped rotor that can rotate with respect to the stator.
  • the rotor and the stator are arranged axially next to each other.
  • the stator includes electrical coils.
  • the rotor has at least one permanent magnet with alternating poles.
  • the rotor shaft is mounted in the conventional manner in housing side walls or the like via roller bearings. In most cases, the roller bearings are preloaded in the axial direction by means of spring means, so that the roller body balls are subjected to a force and are guided in contact and roll in the raceways between the inner ring and the outer ring.
  • An axial flux machine having the features of patent claim 1.
  • An axial flux machine according to the invention comprises a stator with a first partial stator and with a second partial stator arranged at an axial distance from the first partial stator, and a rotor with a disk-shaped design arranged on a rotor shaft and a rotor body arranged axially between the first part-stator and the second part-stator, wherein the first part-stator and the second part-stator are arranged movably in the axial direction with respect to the rotor body.
  • the axial flux machine comprises an adjustment device, the adjustment device being set up to adjust the first partial stator and the second partial stator in the axial direction in order to set an air gap.
  • the adjusting device is set up to adjust the first partial stator and the second partial stator in the axial direction as a function of a torque to be transmitted via the rotor shaft, which torque generates a support torque resulting on the first partial stator and on the second partial stator. This achieves the advantage that the air gap between the stator and the rotor can be adjusted as a function of the operating situation without additional actuators.
  • the magnetic flux in an electric axial flux machine is directed axially in the air gap between the stator and rotor to a direction of rotation of the rotor of the axial flux machine.
  • a known type is a so-called I-arrangement, in which the rotor is arranged axially next to a stator or between two stators.
  • Another known type is a so-called H-arrangement, in which two rotors are arranged on opposite axial sides of a stator.
  • the stator of an electrical axial flux machine has a stator body with a plurality of stator windings arranged in the circumferential direction. Viewed in the circumferential direction, the stator body can be designed in one piece or in segments.
  • the stator body can be formed from a laminated stator core with a plurality of laminated electrical laminations. Alternatively, the stator body can also be formed from a pressed soft magnetic material, such as the so-called SMC material (Soft Magnetic Compound).
  • a rotatably mounted shaft of an electrical machine is referred to as a rotor shaft, with which the rotor or rotor body is coupled in a torque-proof manner.
  • the rotor of an electrical axial flow machine can be designed at least in part as a laminated rotor.
  • a laminated rotor is formed in layers in the axial direction.
  • the axial magnetic flux has to overcome the layers of adhesive or insulation between the stacked individual electrical laminations, as a result of which the magnetic circuit experiences shearing (additional air gap) and loses efficiency.
  • the rotor of an axial flow machine can also have a rotor carrier, which is designed to be fitted with magnetic sheets and/or SMC material and with magnetic elements designed as permanent magnets.
  • the adjusting device comprises at least one spring device which acts against the magnetic attraction force between the rotor body and the stator on the first partial stator and the second partial stator, the spring device being configured in such a way that a spring force characteristic curve is formed which runs over the entire adjustment path above the magnetic force characteristic.
  • the spring device comprises a first spring element, a second spring element and a third spring element, the first spring element being designed as an axially centrally arranged leaf spring pack arrangement with a plurality of leaf spring individual packs and the second
  • the spring element is configured as a cup spring arranged axially between the first spring element and the first partial stator
  • the third spring element is configured as a cup spring arranged axially between the first spring element and the second partial stator.
  • the first spring element, the second spring element and the third spring element are mechanically arranged in series in such a way that over a first adjustment path section both the first spring element and the second and third spring element , At least partially but not completely compressed and that within a, adjoining the first adjustment path section, second adjustment path section, the first spring element remains fully compressed, while the second and the third spring element are further compressed.
  • the advantageous effect of this configuration is based on the fact that, in addition to optimizing the course of the spring force, compared to the magnetic force specified by the system, improved strength of the entire spring device can be achieved.
  • the first partial stator has a cup-shaped stator support which accommodates a first stator lamination stack in a cup-like receptacle and which has a radially outward end at the free end of its axially extending annular (hollow-cylindrical) side wall directed annular collar and the second partial stator has a cup-shaped stator carrier which accommodates a second stator core in a cup-like receptacle and which has a radially outwardly directed annular collar at the free end of its annular (hollow-cylindrical) side wall.
  • first stator carrier and the second stator carrier are of essentially the same design and are arranged mirror-symmetrically to one another.
  • the spring device is also designed in the shape of a circular ring and is arranged between the ring collars of the first partial stator and the second partial stator. In this way, the effect can be achieved in particular that the compensation forces are supported between the stators that move together in rotation, so that the use of an additional, highly loaded bearing can be avoided.
  • the structural design can be simplified as a result and costs can be saved.
  • the respective laminated core of the stator is fastened via pin-shaped fastening means in the cup space of the respective cup-shaped stator support.
  • the fastening means are particularly preferably positioned or arranged that seen in an axial direction, the respective fastening means divides the annular surface (A tot ) of the respective partial stator into an inner partial annular surface (Ainnen) and an equally large outer partial annular surface (Aoutside).
  • the annular surfaces are in particular formed perpendicular to the axis of rotation of the rotor body. In this way it can be achieved that the attachment is located exactly in the theoretical point of application of the magnetic force and thus there is no lever arm that would additionally load the stator core.
  • the axial flow machine has a housing in which the rotor shaft is arranged axially on both sides via a respective rotor shaft mount within a motor housing.
  • each rotor shaft mount takes up the rotor shaft on its one axial side via a bearing, in particular with rolling bodies, and the rotor shaft mount is supported on its other axial side against a housing wall of the motor housing or is firmly accommodated in it.
  • a compact design can be achieved through the combination of engine mounting and adjustment mechanism.
  • the invention can also be advantageously implemented in such a way that for the axial centering of the rotor relative to the stator, axial adjustment means (e.g. in the form of insertable annular disk-shaped spacers or shims) are provided, via which the rotor with its rotor body relative to the axial adjacent partial stators can be positioned axially.
  • axial adjustment means e.g. in the form of insertable annular disk-shaped spacers or shims
  • a type of basic setting or center positioning of the central rotor body in relation to the two axially adjacent partial stators can be carried out during production using structurally simple means.
  • the adjusting device has a first adjusting unit assigned to the first partial stator and a second adjusting unit assigned to the second partial stator, with each of the two adjusting units having a stationary, in particular with the respective Rotor shaft receptacle rotationally and non-displaceably connected adjusting element, and an axially displaceable and at least partially rotatable design relative to the outer stationary adjusting element and firmly connected to its assigned partial stator, axially inner adjusting element.
  • At least one rolling body is arranged between the stationary adjustment element and the axially displaceable adjustment element.
  • the stationary adjusting element has a first ramp element on its side facing the displaceable adjusting element and the displaceable adjusting element has a second ramp element on its side facing the stationary adjusting element, with the first ramp element and the second ramp element being designed in such a way that in the event a rotation of the first adjustment element against the second adjustment element or vice versa, the associated partial stator is axially displaced relative to the rotor shaft such that the air gap formed between the respective partial stator and the rotor body is reduced in its axial extent.
  • a reliable torque-dependent adjustment of the air gaps formed between the rotor body and partial gates and thus a reliable field weakening or field strengthening of the electric machine is made possible with structurally simple means.
  • the two partial stators are preferably arranged in a floating manner on the rotor shaft or on a rotor shaft receptacle and the two partial stators support each other via the adjustment device, so that separate additional support means can be omitted or are not required.
  • the first spring element is particularly preferably designed to map a linear spring force characteristic.
  • the second and the third spring element are advantageously designed to map a progressive spring force characteristic.
  • Stop means are preferably provided between the first adjustment element and the second adjustment element, which are designed in such a way that in an operating state with a predetermined torque that is above a predetermined maximum adjustment torque, the torque that occurs is transmitted via the stop means instead of via the corresponding first and second ramp means first and second adjusting element is transmitted. This has the advantage that the ramp construction is relieved in terms of support forces.
  • the first sub-stator and the second sub-stator are preferably rotationally coupled to one another in such a way that there is no relative rotation between the first sub-stator and the second sub-stator during operation of the axial flux machine.
  • a frictional connection between the two rotor bodies can be implemented via the spring device arranged between the first and second partial stators, or alternatively a connector element for rotational coupling can be provided between the spring device and each partial stator.
  • the first spring element comprises at least six individual leaf spring packets and a carrier ring designed in the shape of an annular disk and two spring bearing rings, with three leaf spring packets being arranged on each side evenly distributed around the circumference between the axially centrally arranged carrier ring and one axially adjacent spring bearing ring. Flierthrough a constructively space-saving and constructively simply constructed central spring element is created.
  • the spring device is constructed in such a way that the two spring support rings, which are arranged axially spaced from the central support ring and are firmly connected on both sides to the respective individual leaf spring packages, rotate in the same direction over the entire axial adjustment path and without a relative rotational offset to one another.
  • each of the leaf spring individual packets is firmly attached to the carrier ring with a free end and each of the leaf spring individual packets is firmly attached with its other free end to the spring support ring spaced axially from the carrier ring via the individual leaf spring packets.
  • the spring device is advantageously designed in such a way that the two spring support rings, which are arranged axially spaced from the carrier ring and are firmly connected on both sides to the respective individual leaf spring assemblies, rotate in the same direction over the entire adjustment path and without a relative rotational offset move towards each other. This creates a spring assembly which, due to its scissors-type structure, prevents relative torsion and thus tension in the circumferential direction between the two axially spaced spring support rings when the spring assembly is compressed and the spring assembly is then relaxed over the entire adjustment path.
  • the magnetic force between the rotor and stator changes depending on the width of the air gap, so that the spring force of the spring device designed as a compensation spring must also change over the course of the adjustment.
  • the difference in force between the two characteristic curves must be kept as small as possible.
  • the spring force is always greater than the magnetic force so that a preload remains on the adjustment unit.
  • the adjustment is made by the torque present in the electric motor, which generates an additional axial force via a ball ramp of the adjustment unit, which leads to the axial adjustment. In the proposed design, a constant ramp gradient and thus two end positions of the adjustment is implemented.
  • an additional connection between the ramps is preferably implemented in order to support the high torques that are present.
  • This rotational support should have a finite rigidity
  • the system described above works in such a way that the spring forces that are necessary for both sides support each other. This means that no internal force support via an additional bearing is required. It is also advantageous that the two sides of the ramp are coupled in the direction of rotation via the frictional force of the springs. To the spring characteristic on the To be able to realize the existing space, two individual springs are required on each side. For the long but almost constant increase at the beginning of the adjustment, leaf spring packages are used on both sides. These leaf spring packs are self-limiting beyond a certain distance, as they are compressed into a block. They can be protected from overloading by self-limiting.
  • the leaf springs can be attached to the same support component from both sides, they must have the same geometry (distance between holes, thickness, installation height, hole circle, etc.). However, the condition is that they must be oriented in opposite directions. That is, if the springs change their axial height during operation, the radial travel created thereby must be equal in magnitude and in the same direction. If this is not the case, the leaf springs will build up an internal torque which inhibits the adjustment and puts a lot of strain on the components.
  • the use of the leaf springs also offers a centering of the spring unit itself. After the leaf springs are block, i.e. no longer have any spring properties, the disc springs that are also installed take over for the last area of the characteristic curve. In the first part of the characteristic, both the disc springs and the leaf springs work, but since the disc springs are very stiff compared to the leaf springs, they have little influence on the overall stiffness at the beginning of the characteristic.
  • a further advantage of the construction shown is that the large magnetic forces, which in principle have to be supported by the outer bearings in this motor variant, are greatly reduced by the internal support of the forces. That means that the external storage can be made less expensive (storage can be smaller).
  • Figure 1 shows an axial flux machine according to the invention in an I arrangement in a possible embodiment, in an axial section, in a schematic representation, in a field-enhanced operating position with the smallest possible air gaps between the centrally arranged rotor body and the partial stators arranged axially on both sides,
  • FIG. 2 shows the axial flux machine according to the invention according to FIG.
  • FIG. 3 shows a central first spring element of a spring device of the adjusting device according to the invention in a perspective view
  • FIG. 4 shows an adjustment unit of the adjustment device according to the invention in a perspective view
  • FIG 5 shows two different force characteristics over the adjustment path of the adjustment device according to the invention, the lower characteristic showing the force curve of the magnetic force prevailing between rotor and stator and the upper characteristic curve showing the force curve of the compensation spring or the spring device.
  • FIG. 1 shows an axial flux machine 1 according to the invention in an I arrangement, in a possible embodiment of the invention, in an axial section, in a schematic representation.
  • the axial flow machine 1 shown is shown in a field-enhanced operating position with the smallest possible air gaps L1, L2 between the centrally arranged rotor body 31 and the partial stators 21, 22 arranged axially on both sides adjacent.
  • the axial flow machine 1 shown with an integrated torque-dependent adjustment device 4 for setting the air gaps between the central rotor body 31 and the two partial stators 21, 22 arranged to be axially displaceable on both sides is primarily an arrangement for field strengthening - the field-weakened "rest - or initial state" is in Figure 2 shown.
  • the two partial stators 21, 22 are attracted by the magnetic forces of attraction between the rotor 3 and the stator 2 in the direction of the rotor body 31. Due to the spring device 40 arranged between the two partial stators 21, 22, which counteracts the magnetic force of attraction with its force and whose spring force is dimensioned such that it is slightly greater than the magnetic force between the stator 2 and rotor 3 over the entire adjustment path, the two Sub-stators 21, 22 pressed in the direction away from the rotor body 31 (or pushed apart).
  • Figure 2 shows the axial flow machine 1 according to the invention according to Figure 1, in a field-weakened operating position (e.g. idle position) with the largest possible air gaps L1, L2 between the centrally arranged rotor body 31 and the partial stators 21, 22 arranged axially on both sides.
  • a field-weakened operating position e.g. idle position
  • FIGS. 1 and 2 each show an electrical axial flux machine 1, comprising a stator 2 with a first partial stator 21 and with a second partial stator 22 arranged at an axial distance from the first partial stator 21, and a rotor
  • the adjustment device 4 for setting the air gaps L1, L2 between the central rotor body 31 and the two adjacently arranged and axially displaceable partial stators 21, 22 is provided.
  • the adjusting device 4 is set up to move the first partial stator 21 and the second partial stator 22 in the axial direction to set an air gap L1, L2.
  • the adjusting device 4 is set up to adjust the first partial stator 21 and the second partial stator 22 in the axial direction as a function of a torque to be transmitted via the rotor shaft 3, which generates a support torque resulting on the first partial stator 21 and on the second partial stator 22.
  • the adjusting device 4 comprises at least two adjusting units 51, 52 designed as a ball ramp system, with each partial stator 21, 22 being assigned one adjusting unit 51, 52, and also includes a spring device 40 arranged between the two partial stators 21, 22, which in the present embodiment for field weakening at low torque requirements of the E-machine, the two partial stators 21, 22 pushes apart and thus increases the air gaps L1, L2.
  • the spring device 40 is configured in such a way that a spring force characteristic KL2 is formed, which over the entire adjustment path V above the magnetic force characteristic KL1 runs.
  • Figures 1 and 2 also clearly show that the spring device 40 comprises a first spring element 401, a second spring element 402 and a third spring element 403, the first spring element 400 being an axially centrally arranged leaf spring pack arrangement with a plurality of leaf spring individual packs 41a, 42a and wherein the second spring element 401 is embodied as a cup spring arranged axially between the first spring element 41, 42 and the first partial stator 21, and wherein the third spring element 402 is embodied as a cup spring arranged axially between the first spring element 400 and the first partial stator 21.
  • the first spring element 400, the second spring element 401 and the third spring element 402 are mechanically arranged in series in such a way that both the first spring element 400 and the second and third spring elements 401, 402 are at least partially but not fully compressed over a first adjustment path section and that within a second adjustment path section following the first adjustment path section, the first spring element 400 remains fully compressed.
  • the first partial stator 21 has a cup-shaped stator support 210 which accommodates a first stator core 211 in a cup-like receptacle and which has a radially outwardly directed annular collar 210a at the free end of its axially extending annular side wall.
  • the second partial stator 22 also has a cup-shaped stator support 220 which accommodates a second stator core 221 in a cup-like receptacle and which has a radially outwardly directed annular collar 220a at the free end of its annular side wall.
  • the first stator carrier 210 and the second stator carrier 220 are essentially of the same design and are arranged mirror-symmetrically to one another.
  • the spring device 40 arranged between the ring collars 210a, 22a of the two stator carriers 21, 22 is designed in the shape of a circular ring.
  • the respective laminated core of the stator 2 is fastened by means of fastening means 212, 222 designed as screws in the cup space of the respective cup-shaped stator support 210, 220.
  • the fastening means 212, 222 are particularly preferably positioned or arranged in such a way that the fastening means 212 of the first part of the stator 21 and the fastening means 222 of the second part of the stator 22 seen in the radial direction are arranged such that seen in the axial direction of the respective fastening means 212; 222, the annular surface A tot of the partial stator 21 arranged perpendicularly to the axis of rotation of the rotor body 31; 22 divides into an inner partial annular surface Ainnen and an outer partial annular surface Aoutside of the same size.
  • the axial flow machine 1 has a housing 100, the rotor shaft 30 being arranged axially on both sides via a respective rotor shaft receptacle 301, 302 within a motor housing 100.
  • Each rotor shaft mount 301, 302 holds the rotor shaft 3 (or a shaft section of the rotor body 31) on its one axial side via a bearing with rolling elements W, while the rotor shaft mount 301, 302 presses against a housing wall of the motor housing 100 on its other axial side is supported or firmly included in this.
  • axial adjusting means 7, such as shims or the like, are provided, via which the rotor 3 with its rotor body 31 can be positioned axially with respect to the partial stators 21, 22 arranged axially adjacent.
  • the adjusting device 4 itself has a first adjusting unit 51 assigned to the first partial stator 21 and a second adjusting unit 52 assigned to the second partial stator 22, each of the two adjusting units 51, 52 having a stationary, axially outwardly arranged, in particular with the respective rotor shaft receptacle 301, 302, and an adjustment element 511, 521 that is connected in a rotationally and non-displaceably fixed manner and an axially inner adjustment element 512, 522 that is axially displaceable and at least partially rotatable relative to the outer, stationary adjustment element 511, 521 and is firmly connected to the partial stator 21, 22 assigned to it.
  • At least three rolling bodies W are distributed circumferentially between the stationary adjustment element 511, 521 and the axially displaceable adjustment element 512, 522.
  • the stationary adjusting element 511, 521 has a first ramp element R1 on its side facing the displaceable adjusting element 512, 522 and the displaceable adjusting element 512, 522 has a second ramp element R2 on its side facing the stationary adjusting element 511, 521 on, wherein the first ramp element R1 and the second Ramp element R2 are designed in such a way that if the first adjustment element R1 rotates in relation to the second adjustment element R2 or vice versa, the associated partial stator 21, 22 is axially displaced relative to the rotor shaft 3 in such a way that the space between the respective partial stator 21, 22 and air gap L1 formed in the rotor body 31; L2 is reduced or increased in its axial extent.
  • the two partial stators 21, 22 are arranged in a floating manner on the rotor shaft 30 or on the rotor shaft receptacle 301, 302. Furthermore, the two partial stators 21 , 22 support each other via the adjusting device 4 .
  • the first spring element 400 is designed to map a linear spring force characteristic and the second and third spring elements 401, 402 are designed to map a progressive spring force characteristic.
  • Stop means A1, A2 (acting in the rotational direction) are provided between the first adjustment element 511, 521 and the second adjustment element 512, 522, which are designed in such a way that in an operating state with a predetermined torque that is above a predetermined maximum adjustment torque, the Torque that occurs via the stop means A1, A2 instead of via the corresponding first and second ramp means R1, R2 of the first and second adjustment element 51; 52 is transmitted.
  • the first adjustment element 511, 521 has two stop segments directed radially outwards, which interact with stop elements formed in the axial direction on the second adjustment element 512, 522.
  • the first sub-stator 21 and the second sub-stator 22 are rotationally coupled to one another in such a way that no relative rotation occurs between the first sub-stator 21 and the second sub-stator 22 during operation of the axial flow machine 1 .
  • spring device 40 via the between the first and second partial stator 21; 22 arranged spring device 40 a frictional connection between the two rotor bodies 31; 32 realized.
  • a connector element for be provided rotational coupling via the between the first and second partial stator 21; 22 arranged spring device 40 a frictional connection between the two rotor bodies 31; 32 realized.
  • FIG. 3 shows a central first spring element 400 of a spring device 40 of the adjustment device 4 according to the invention in a perspective view.
  • the first spring element 400 comprises a total of six individual leaf spring packages 41a, 42a and a carrier ring T designed in the shape of an annular disk and two spring bearing rings T1, T2.
  • Three leaf spring assemblies 41a, 42a are arranged on each side, evenly distributed around the circumference between the axially centrally arranged support ring T and one axially adjacent spring bearing ring T1, T2.
  • the two spring support rings T1, T2 which are arranged axially spaced from the central support ring T and are firmly connected on both sides to the respective individual leaf spring packages 41a, 42a, move rotationally in the same direction over the entire axial adjustment path V and without a relative rotational offset to one another.
  • the spring assembly shown thus has an overall scissors-type structure, which prevents relative torsion and thus tension in the circumferential direction between the two axially spaced spring support rings when the spring assembly is compressed and then relaxed over the entire adjustment path.
  • Figure 5 shows two different force characteristics KL1, KL2 over the adjustment path V of the adjustment device 4 according to the invention, with the lower characteristic KL1 showing the force curve of the magnetic force prevailing between rotor 3 and stator 2 and the upper characteristic KL2 showing the force curve of the compensation spring or the spring device 40 points.
  • stator core 22 part stator

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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine (1 ), umfassend einen Stator (2) mit einem ersten Teilstator (21 ) und mit einem von dem ersten Teilstator (21 ) axial beabstandet angeordneten zweiten Teilstator (22), und einen Rotor (3) mit einem auf einer Rotorwelle (30) angeordneten, scheibenförmig ausgebildeten und axial zwischen dem ersten Teilstator (21) und dem zweiten Teilstator (22) angeordneten Rotorkörper (31 ), wobei der erste Teilstator (21 ) und der zweite Teilstator (22) in axialer Richtung gegenüber dem Rotorkörper (31 ) beweglich angeordnet sind. Ferner ist eine Verstelleinrichtung (4) vorgesehen, wobei die Verstelleinrichtung (4) eingerichtet ist den ersten Teilstator (21 ) und den zweiten Teilstator (22) zur Einstellung eines Luftspaltes (L1, L2) in axialer Richtung zu verstellen. Erfindungsgemäß ist die Verstelleinrichtung (4) eingerichtet den ersten Teilstator (21 ) und den zweiten Teilstator (22) in Abhängigkeit von einem über die Rotorwelle (3) zu übertragenden Drehmoment, welches ein auf den ersten Teilstator (21 ) und auf den zweiten Teilstator (22) resultierendes Stützmoments erzeugt, in axialer Richtung zu verstellen.

Description

Elektrische Axialflussmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Axialflussmaschine in I- Anordnung, umfassend einen Stator mit einem ersten Teilstator und mit einem von dem ersten Teilstator axial beabstandet angeordneten zweiten Teilstator, und einen Rotor mit einem auf einer Rotorwelle angeordneten, scheibenförmig ausgebildeten und axial zwischen dem ersten Teilstator und dem zweiten Teilstator angeordneten Rotorkörper, wobei der erste Teilstator und der zweite Teilstator in axialer Richtung gegenüber dem Rotorkörper beweglich angeordnet sind. Ferner umfasst die Axialflussmaschine eine Verstelleinrichtung, wobei die Verstelleinrichtung eingerichtet ist den ersten Teilstator und den zweiten Teilstator zur Einstellung eines Luftspaltes in axialer Richtung zu verstellen.
Elektrische Axialflussmaschinen sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt.
Im Stand der Technik sind Axialflussmaschinen bereits hinlänglich bekannt.
Aus der EP 2985893 A1 ist eine elektrische Axialflussmaschine mit einem Stator und einem Rotor bekannt, wobei der Stator mindestens zwei Statorsegmente umfasst, und wobei der Rotor mit einer Rotorwelle verbunden ist, wobei der Rotor und/oder die Rotorwelle in einer Lagerung drehbar gelagert sind, und wobei die Statorsegmente in Rotationsrichtung des Rotors relativ zu der Lagerung unbeweglich angeordnet sind. Mindestens eines der Statorsegmente ist in axialer oder radialer Richtung relativ zu der Lagerung beweglich angeordnet, um die Breite des Luftspalts zwischen Rotor und Statorsegmenten einzustellen.
So beschreibt ferner die DE 102019 131 198 A1 einen modularen Axialflussmotor für fahrerlose Transportfahrzeuge, der mindestens einen scheibenförmigen Stator und mindestens einen gegenüber dem Stator rotierbaren scheibenförmigen Rotor umfasst. Der Rotor und der Stator sind axial nebeneinander angeordnet. Der Stator umfasst elektrische Spulen. Der Rotor weist mindestens einen Permanentmagneten mit alternierenden Polen auf. Die Rotorwelle ist in herkömmlicher weise in Gehäuseseitenwänden oder dergleichen über Wälzlager gelagert angeordnet. Zumeist werden die Wälzlager über Federmittel in axialer Richtung vorgespannt, damit die Wälzkörperkugeln kraftbeaufschlagt und kontaktbehaftet in den Laufbahnen zwischen Innenring und Außenring geführt abrollen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Axialflussmaschine in I-Anordnung bereitzustellen, die im Hinblick auf eine drehmomentabhängige Feldverstärkung verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Axialflussmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine umfasst einen Stator mit einem ersten Teilstator und mit einem von dem ersten Teilstator axial beabstandet angeordneten zweiten Teilstator, und einen Rotor mit einem auf einer Rotorwelle angeordneten, scheibenförmig ausgebildeten und axial zwischen dem ersten Teilstator und dem zweiten Teilstator angeordneten Rotorkörper, wobei der erste Teilstator und der zweite Teilstator in axialer Richtung gegenüber dem Rotorkörper beweglich angeordnet sind. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Axialflussmaschine eine Verstelleinrichtung, wobei die Verstelleinrichtung eingerichtet ist den ersten Teilstator und den zweiten Teilstator zur Einstellung eines Luftspaltes in axialer Richtung zu verstellen. Gemäß der Erfindung ist die Verstelleinrichtung eingerichtet den ersten Teilstator und den zweiten Teilstator in Abhängigkeit von einem über die Rotorwelle zu übertragenden Drehmoment, welches ein auf den ersten Teilstator und auf den zweiten Teilstator resultierendes Stützmoments erzeugt, in axialer Richtung zu verstellen. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass ohne eine zusätzliche Aktuatorik eine betriebssituationsabhängige Einstellung des Luftspalts zwischen Stator und Rotor ermöglicht wird.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben. Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine (AFM), wie beispielsweise eine als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I-Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H- Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind.
Der Stator einer elektrischen Axialflussmaschine weist einen Statorkörper mit mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Statorwicklungen auf. Der Statorkörper kann in Umfangsrichtung gesehen einteilig oder segmentiert ausgebildet sein. Der Statorkörper kann aus einem Statorblechpaket mit mehreren laminierten Elektroblechen gebildet sein. Alternativ kann der Statorkörper auch aus einem verpressten weichmagnetischen Material, wie dem sogenannten SMC-Material (Soft Magnetic Compound) gebildet sein.
Als Rotorwelle wird eine drehbar gelagerte Welle einer elektrischen Maschine bezeichnet, mit der der Rotor bzw. Rotorkörper drehfest gekoppelt ist.
Der Rotor einer elektrischen Axialflussmaschine kann zumindest in Teilen als geblechter Rotor ausgebildet sein. Ein geblechter Rotor ist in axialer Richtung geschichtet ausgebildet. Der axiale Magnetfluss muss dabei die Kleber- bzw. Isolationsschichten zwischen den gestapelten einzelnen Elektroblechen überwinden, wodurch der Magnetkreis eine Scherung (zusätzlicher Luftspalt) erfährt und an Effizienz verliert. Der Rotor einer Axialflussmaschine kann alternativ auch einen Rotorträger aufweisen, der entsprechend mit Magnetblechen und/oder SMC- Material und mit als Permanentmagneten ausgebildeten Magnetelementen bestückt ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung wenigstens eine Federeinrichtung umfasst, welche entgegen der magnetischen Anziehungskraft zwischen Rotorkörper und Stator auf den ersten Teilstator und den zweiten Teilstator einwirkt, wobei die Federeinrichtung derart konfiguriert ist, dass sich eine Federkraftkennlinie ausbildet, die über den gesamten Verstellweg oberhalb der Magnetkraftkennlinie verläuft. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine mechanische Verstelleinheit genutzt werden kann, die nur auf Druck arbeiten muss (Beispiel Keil) und die Kraft, die durch diese Einheit überwunden werden, muss stark reduziert ist.
Es kann gemäß einerweiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Federeinrichtung ein erstes Federelement, ein zweites Federelement und ein drittes Federelement umfasst, wobei das erste Federelement als axial zentral angeordnete Blattfederpaketanordnung mit einer Mehrzahl von Blattfeder-Einzelpaketen ausgebildet ist und wobei das zweite Federelement als axial zwischen dem ersten Federelement und dem ersten Teilstator angeordnete Tellerfeder ausgebildet ist und wobei das dritte Federelement als axial zwischen dem ersten Federelement und dem zweiten Teilstator angeordnete Tellerfeder ausgebildet ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass der gegebenen Magnetkraft des Systems, welche nicht linear verläuft, mit einem vorbestimmbaren Abstand optimal gefolgt werden kann. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Federelement, das zweite Federelement und das dritte Federelement mechanisch in Reihe angeordnet sind, derart, dass über einen ersten Verstellwegabschnitt sowohl das erste Federelement als auch das zweite und dritte Federelement, zumindest teilweise aber nicht vollständig komprimiert werden und dass innerhalb eines, sich an den ersten Verstellwegabschnitt anschließenden, zweiten Verstellwegabschnitts das erste Federelement vollständig komprimiert bleibt, während das zweite und das dritte Federelement weiter komprimiert werden. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass neben einer Optimierung des Verlaufswegs der Federkraft, im Vergleich zu der vom System vorgegebenen Magnetkraft, eine verbesserte Festigkeit der gesamten Federeinrichtung erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Teilstator einen topfförmig ausgebildeten Statorträger aufweist, der in einer topfartigen Aufnahme ein erstes Statorblechpaket aufnimmt und der am freien Ende seiner sich axial erstreckenden ringförmigen (hohlzylindrischen) Seitenwand einen radial nach außen gerichteten Ringkragen aufweist und der zweite Teilstator einen topfförmig ausgebildeten Statorträger aufweist, der in einer topfartigen Aufnahme ein zweites Statorblechpaket aufnimmt und der am freien Ende seiner ringförmigen (hohlzylindrischen) Seitenwand einen radial nach außen gerichteten Ringkragen aufweist. Dabei sind der erste Statorträger und der zweite Statorträger im Wesentlichen gleich ausgebildet und spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die Federeinrichtung ist ebenfalls kreisringförmig ausgebildet und zwischen den Ringkragen von erstem Teilstator und zweitem Teilstator angeordnet. Flierdurch lässt sich insbesondere die Wirkung erzielen, dass die Kompensationskräfte sich zwischen den sich gemeinsam rotatorisch bewegenden Statoren abstützen, so dass der Einsatz eines zusätzlichen, hochbelasteten Lagers vermieden werden kann. Der konstruktive Aufbau kann hierdurch vereinfacht und Kosten können eingespart werden.
Mit Vorteil ist das jeweilige Blechpaket des Stators über stiftförmige Befestigungsmittel im Topfraum des jeweils topfförmig ausgebildeten Statorträgers befestigt. Besonders bevorzugt sind die Befestigungsmittel derart positioniert bzw. angeordnet, dass in einem axialer Richtung gesehen das jeweilige Befestigungsmittel die Kreisringfläche (Ages) des jeweiligen Teilstators in eine innere Teil-Kreisringfläche ( Ainnen) und in eine gleichgroße äußere Teil-Kreisringfläche (Aaußen) teilt. Die Kreisringflächen sind dabei insbesondere senkrecht zur Rotationsachse des Rotorkörpers ausgebildet. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Befestigung genau in dem theoretischen Angriffspunkt der Magnetkraft liegt und somit kein Hebelarm existiert, der das Statorpaket zusätzlich belasten würde.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Axialflussmaschine ein Gehäuse aufweist, in dem die Rotorwelle axial beidseitig über jeweils eine Rotorwellenaufnahme innerhalb eines Motorgehäuses angeordnet ist. Mit Vorteil nimmt jede Rotorwellenaufnahme auf ihrer einen axialen Seite über ein Lager insbesondere mit Wälzkörpern die Rotorwelle auf und ist die Rotorwellenaufnahme, auf ihrer anderen axialen Seite gegen eine Gehäusewand des Motorgehäuses abgestützt oder fest in dieser aufgenommen. Durch die Kombination von Motorlagerung und Verstellmechanismus kann so eine kompakte Bauform erreicht werden.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter weise dahingehend ausgeführt sein, dass für die axiale Zentrierung des Rotors gegenüber dem Stator axiale Einstellmittel (beispielsweise in Form von einlegbaren kreisringscheibenförmigen Distanz- bzw. Schimscheiben) vorgesehen sind, über welche der Rotor mit seinem Rotorkörper gegenüber den axial benachbart angeordneten Teilstatoren axial positionierbar ist. Hierdurch kann mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Art Grundeinstellung bzw. Mittenpositionierung des mittigen Rotorkörpers zu den beiden axial benachbarten Teilstatoren im Rahmen der Fertigung erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Axialflussmaschine zeichnet sich diese dadurch aus, dass die Verstelleinrichtung eine erste, dem ersten Teilstator zugeordnete erste Verstelleinheit und eine zweite, dem zweiten Teilstator zugeordnete zweite Verstelleinheit aufweist, wobei jede der beiden Verstelleinheiten ein axial außen liegend angeordnetes ortsfestes, insbesondere mit der jeweiligen Rotorwellenaufnahme dreh- und verschiebefest verbundenes Verstellelement, und ein gegenüber dem außenliegenden ortsfesten Verstellelement axial verschiebbar und zumindest bereichsweise verdrehbar ausgebildetes und mit dem ihm zugeordneten Teilstator fest verbundenes, axial innenliegendes Verstellelement, aufweist. Zwischen dem ortsfesten Verstellelement und dem axial verschiebbaren Verstellelement ist dabei zumindest jeweils ein Wälzkörper angeordnet. Ferner weist das ortsfeste Verstellelement auf seiner dem verschiebbaren Verstellelement zugekehrten Seite ein erstes Rampenelement auf und weist das verschiebbare Verstellelement, auf seiner dem ortsfesten Verstellelement zugekehrten Seite, ein zweites Rampenelement auf, wobei das erste Rampenelement und das zweite Rampenelement derart ausgebildet sind, dass im Falle einer Verdrehung des ersten Verstellelements gegen das zweite Verstellelement oder umgekehrt, der jeweils zugeordnete Teilstator gegenüber der Rotorwelle axial verschoben wird, derart, dass der zwischen dem jeweiligen Teilstator und dem Rotorkörper gebildete Luftspalt in seiner axialen Erstreckung verkleinert wird. Hierdurch wird mit konstruktiv einfachen Mitteln eine zuverlässige drehmomentabhängige Einstellung der zwischen Rotorkörper und Teilstoren gebildeten Luftspalte und damit eine zuverlässige Feldschwächung bzw. Feldstärkung der E-Maschine ermöglicht. Bevorzugt sind die beiden Teilstatoren dabei schwimmend gelagert auf der Rotorwelle oder auf einer Rotorwellenaufnahme angeordnet und stützen sich die beiden Teilstatoren über die Verstelleinrichtung gegenseitig ab, so dass separate weitere Abstützmittel entfallen können bzw. nicht erforderlich sind.
Mit Vorteil ist die Federeinrichtung derart ausgebildet, dass eine Federkraftkennlinie abgebildet wird, die über den gesamten Verstellweg oberhalb einer Funktion F magnet_grenz = F magnet + Fmagnet_max* liegt - mit anderen Worten also die Federkraft über den gesamten Verstellweg geringfügig oberhalb der zwischen Rotor und Teilstatoren herrschenden magnetischen Anziehungskraft liegt, so dass nur sehr geringe Kräfte für die Verstellung der beiden Teilstatoren erforderlich sind. Besonders bevorzugt ist dabei das erste Federelement ausgebildet, eine lineare Federkraftkennlinie abzubilden. Das zweite und das dritte Federelement sind mit Vorteil ausgebildet, eine progressive Federkraftkennlinie abzubilden. Zwischen dem ersten Verstellelement und dem zweiten Verstellelement sind vorzugsweise Anschlagmittel vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass in einem Betriebszustand mit einem vorbestimmten Drehmoment, welches oberhalb eines vorbestimmten maximalen Verstellmoments liegt, das auftretende Drehmoment über die Anschlagmittel anstelle über die korrespondierenden ersten und zweiten Rampenmittel von erstem und zweitem Verstellelement übertragen wird. Das hat den Vorteil, dass die Rampenkonstruktion bezüglich der Abstützkräfte entlastet wird.
Der erste Teilstator und der zweite Teilstator sind bevorzugt rotatorisch miteinander gekoppelt, derart, dass während des Betriebs der Axialflussmaschine keine Relativverdrehung zwischen dem ersten Teilstator und dem zweiten Teilstator erfolgt. Dafür kann über die zwischen erstem und zweitem Teilstator angeordnete Federeinrichtung eine Reibschlussverbindung zwischen den beiden Rotorkörpern realisiert sein oder alternativ hierzu zwischen Federeinrichtung und jedem Teilstator ein Verbinderelement zur rotatorischen Kopplung vorgesehen sein.
Besonders bevorzugt umfasst das erste Federelement zumindest sechs Blattfeder- Einzelpakete sowie einen ringscheibenförmig ausgebildeten Trägerring und zwei Federauflageringe, wobei zwischen dem axial zentral angeordneten Trägerring und jeweils einem axial benachbarten Federauflagering umfänglich gleichmäßig verteilt, auf jeder Seite drei Blattfederpakete angeordnet sind. Flierdurch wird ein konstruktiv platzsparendes und konstruktiv einfach aufgebautes zentrales Federelement geschaffen. Insbesondere ist die Federeinrichtung derart aufgebaut, dass die beiden axial vom zentralen Trägerring beabstandet angeordneten beidseitig mit den jeweiligen Blattfeder-Einzelpaketen fest verbundenen Federauflageringe sich über den gesamten axialen Verstellweg rotatorisch gleichsinnig und ohne einen relativen Drehversatz zueinander bewegen. Dabei ist jedes der Blattfeder-Einzelpakete mit einem freien Ende fest an den Trägerring angebunden und ist jedes der Blattfeder- Einzelpakete mit seinem anderen freien Ende fest an den axial vom Trägerring über die Blattfeder-Einzelpakete beabstandeten Federauflagering angebunden. Mit Vorteil ist die Federeinrichtung ausgebildet, derart, dass die beiden axial vom Trägerring beabstandet angeordneten und beidseitig mit den jeweiligen Einzel- Blattfederpaketen fest verbundenen Federauflageringe sich über den gesamten Verstellweg rotatorisch gleichsinnig und ohne einen relativen Drehversatz zueinander bewegen. Hierdurch wird ein Federpaket geschaffen, welches aufgrund seines scherengelenkartigen Aufbaus beim Zusammendrücken des Federpakets und dem anschließenden Entspannen des Federpakets über den gesamten Verstellweg eine Relativverdrehung und damit eine Verspannung in Umfangsrichtung zwischen den beiden axial beabstandeten Federauflageringen verhindert.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die Magnetkraft zwischen Rotor und Stator in Abhängigkeit von der Breite des Luftspalts verändert, so dass sich die Federkraft der als Kompensationsfeder ausgebildeten Federeinrichtung ebenfalls über den Weg der Verstellung, ändern muss. Um die Kraft auf die Verstelleinheit möglichst klein zu halten, muss der Kraftunterschied zwischen den beiden Kennlinien möglichst klein gehalten werden. Es ist aber darauf zu achten, dass die Federkraft immer grösser ausfällt als die Magnetkraft, damit eine Vorlast auf der Verstelleinheit verbleibt. Die Verstellung erfolgt durch das anliegende Moment in der E-Maschine, welches über eine Kugelrampe der Verstelleinheit eine zusätzliche Axialkraft erzeugt, die zur axialen Verstellung führt. In der vorgeschlagenen Konstruktion, ist eine konstante Rampensteigung, und damit zwei Endlagen der Verstellung realisiert.
Es wäre aber auch denkbar mehrere Zwischenlagen zu realisieren, wenn die Rampensteigung über den Verdrehwinkel veränderlich ausgeführt wird.
In der Anfangs- und in den Zwischenlagen stütz sich das Moment über das Rampensystem ab, da sonst auch keine Verstellung erfolgen könnte.
In der Endlage, welche für hohe Momente in der E-Maschine genutzt wird, wird vorzugsweise eine zusätzliche Verbindung zwischen den Rampen realisiert, um darüber die hohen anliegenden Momente abzustützen. Diese rotatorische Abstützung sollte eine endliche Steifigkeit besitzen,
Insgesamt betrachtet arbeitet das vorstehend beschriebene System so, dass sich die Federkräfte, die für beiden Seiten notwendig sind, gegenseitig abstützen. Das heißt, es ist keine interne Kraftabstützung über ein zusätzliches Lager notwendig. Vorteilhaft dabei ist auch, dass die beiden Rampenseiten über die Reibkraft der Federn, in Drehrichtung gekoppelt sind. Um die Federkennlinie auf dem vorhandenen Bauraum realisieren zu können sind zwei Einzelfedern auf jeder Seite erforderlich. Für den langen aber nahezu konstanten Anstieg am Anfang der Verstellung, werden Blattfederpakete auf beiden Seiten genutzt. Diese Blattfederpakete begrenzen sich ab einem gewissen Weg selbst, da sie zu einem Block zusammengedrückt sind. Durch die Selbstbegrenzung können sie vor Überlastung geschützt werden. Damit die Blattfedern von beiden Seiten an demselben Trägerbauteil angebunden werden können, müssen sie die gleiche Geometrie (Lochabstand, Dicke, Aufstellhöhe, Lochkreis, usw.) aufweisen. Bedingung dabei ist jedoch, dass sie entgegengesetzt orientiert sein müssen. Das heißt, wenn die Federn ihre axiale Höhe im Betrieb ändern, muss der radiale Weg, der dadurch erzeugt wird, vom Betrag her gleich sein und in dieselbe Richtung erfolgen. Wenn das nicht so ist werden die Blattfedern ein internes Drehmoment aufbauen, welches die Verstellung hemmt und die Bauteile stark belastet.
Auf der anderen Seite bietet die Verwendung der Blattfedern zugleich eine Zentrierung der Federeinheit an sich. Nachdem die Blattfedern auf Block sind, also keine Federeigenschaften mehr aufweisen, übernehmen für den letzten Bereich der Kennlinie die außerdem verbauten Tellerfedern. Im ersten Teil der Kennlinie arbeiten sowohl die Tellerfedern als auch die Blattfedern, da die Tellerfedern aber im Vergleich zu den Blattfedern sehr steif sind, haben sie wenig Einfluss auf die Gesamtsteifigkeit am Anfang der Kennlinie.
Die für die Funktion angedachte Feder- und Magnetkräfte sind in dem Diagramm in Figur 5 dargestellt. Um die Kennlinien gut und möglichst ohne Toleranzeinflüsse zueinander zu positionieren, kann es von Vorteil sein die Verstelleinheit bei der Montage in der Höhe über Scheiben einzustellen. Die vorgeschlagene Konstruktion ermöglicht das, da die Schnittstellen so gewählt sind, dass die Höhen an verschiedenen Stellen einstellbar sind. Dies kann z.B. unter den Rampeneinheiten oder unter dem äußeren Sicherungsring der Lagerwelle erfolgen. In den gezeigten Darstellungen sind diese Ausgleichsscheiben unter den stehenden Rampenelementen angeordnet.
Ein weiterer Vorteil der gezeigten Konstruktion ist, dass die großen Magnetkräfte, die grundsätzlich bei dieser Motorvariante über die äußeren Lager abgestützt werden müssen, sich durch die innere Abstützung der Kräfte, stark reduzieren. Das heißt, dass die Lagerung nach außen weniger aufwendig gestaltet werden (Lager können kleiner sein) kann.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine in I-Anordnung in einer möglichen Ausführungsform, in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung, in einer feldgestärkten Betriebsposition mit kleinstmöglichen Luftspalten zwischen dem zentral angeordneten Rotorkörper und den axial beidseitig benachbart angeordneten Teilstatoren,
Figur 2 die erfindungsgemäße Axialflussmaschine gemäß Figur 1 , in einer feldgeschwächten Betriebsposition mit größtmöglichen Luftspalten zwischen dem zentral angeordneten Rotorkörper und den axial beidseitig benachbart angeordneten Teilstatoren,
Figur 3 ein zentrales erstes Federelement einer Federeinrichtung der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung in einer Perspektivansicht, Figur 4 eine Verstelleinheit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung in einer Perspektivansicht, und
Figur 5 zwei verschiedene Kraftkennlinien über den Verstellweg der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung, wobei die untere Kennlinie den Kraftverlauf, der zwischen Rotor und Stator herrschenden Magnetkraft zeigt und wobei die obere Kennlinie den Kraftverlauf der Kompensationsfeder bzw. der Federeinrichtung zeigt.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine 1 in I-Anordnung, in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung. Die gezeigte Axialflussmaschine 1 ist in einer feldgestärkten Betriebsposition mit kleinstmöglichen Luftspalten L1, L2 zwischen dem zentral angeordneten Rotorkörper 31 und den axial beidseitig benachbart angeordneten Teilstatoren 21, 22 dargestellt. Bei der gezeigten Axialflussmaschine 1 mit integrierter drehmomentabhängiger Verstelleinrichtung 4 zur Einstellung der Luftspalte zwischen zentralem Rotorkörper 31 und den beiden beidseitig axial verschiebbar angeordneten Teilstatoren 21 , 22 handelt es sich vorrangig um eine Anordnung zur Feldstärkung - der feldgeschwächte „Ruhe - oder Ausgangszustand“ ist in Figur 2 gezeigt. Die beiden Teilstatoren 21, 22 werden durch die magnetischen Anziehungskräfte zwischen Rotor 3 und Stator 2 in Richtung Rotorkörper 31 angezogen. Durch die zwischen den beiden Teilstatoren 21 , 22 angeordnete Federeinrichtung 40, die mit Ihrer Kraft der magnetischen Anziehungskraft entgegenwirkt und deren Federkraft so bemessen ist, dass sie über den gesamten Verstellweg geringfügig größer ist als die Magnetkraft zwischen Stator 2 und Rotor 3, werden die beiden Teilstatoren 21 , 22 in Richtung weg vom Rotorkörper 31 gedrückt (bzw. auseinander gedrückt). So werden die (zu Beginn großen) Luftspalte L1, L2 (siehe Figur 2) bei der Inbetriebnahme der elektrischen Maschine, bei der die Drehmomentanordnung in der Regel recht groß ausfällt, verkleinert (siehe Figur 1), während bei höheren Drehzahlen mit niedrigeren Drehmomentanforderungen die Luftspalte L1 , L2 wieder automatisch durch die Federeinrichtung vergrößert werden (siehe Figur 2), so dass ein Betrieb der elektrischen Maschine 1 mit geringeren Verlusten gewährleistet ist.
Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Axialflussmaschine 1 gemäß Figur 1 , in einer feldgeschwächten Betriebsposition (z.B. Ruheposition) mit größtmöglichen Luftspalten L1 , L2 zwischen dem zentral angeordneten Rotorkörper 31 und den axial beidseitig benachbart angeordneten Teilstatoren 21, 22.
Die Figuren 1 und 2 zeigt jeweils eine elektrische Axialflussmaschine 1, umfassend einen Stator 2 mit einem ersten Teilstator 21 und mit einem von dem ersten Teilstator 21 axial beabstandet angeordneten zweiten Teilstator 22, und einen Rotor
3 mit einem auf einer Rotorwelle 30 angeordneten, scheibenförmig ausgebildeten und axial zwischen dem ersten Teilstator 21 und dem zweiten Teilstator 22 angeordneten Rotorkörper 31. Der erste Teilstator 21 und der zweite Teilstator 22 sind in axialer Richtung gegenüber dem Rotorkörper 31 beweglich angeordnet. Ferner ist eine Verstelleinrichtung 4 zur Einstellung der Luftspalte L1 , L2 zwischen zentralem Rotorkörper 31 und den beiden benachbart angeordneten und axial verschiebbar ausgebildeten Teilstatoren 21, 22 vorgesehen. Die Verstelleinrichtung
4 ist dabei eingerichtet den ersten Teilstator 21 und den zweiten Teilstator 22 zur Einstellung eines Luftspaltes L1 , L2 in axialer Richtung zu verschieben. Dabei ist die Verstelleinrichtung 4 eingerichtet den ersten Teilstator 21 und den zweiten Teilstator 22 in Abhängigkeit von einem über die Rotorwelle 3 zu übertragenden Drehmoment, welches ein auf den ersten Teilstator 21 und auf den zweiten Teilstator 22 resultierendes Stützmoment erzeugt, in axialer Richtung zu verstellen. Die Verstelleinrichtung 4 umfasst dabei zumindest zwei als Kugel-Rampensystem ausgebildete Verstelleinheiten 51 , 52, wobei jedem Teilstator 21 , 22 jeweils eine Verstelleinheit 51 , 52 zugeordnet ist, und umfasst ferner eine zwischen den beiden Teilstatoren 21, 22 angeordnete Federeinrichtung 40, welche in der vorliegenden Ausführung zur Feldschwächung bei niedrigen Drehmomentanforderungen der E- Maschine die beiden Teilstatoren 21, 22 auseinanderdrückt und so die Luftspalte L1 , L2 vergrößert.
Die Federeinrichtung 40 ist hierfür derart konfiguriert, dass sich eine Federkraftkennlinie KL2 ausbildet, die über den gesamten Verstellweg V oberhalb der Magnetkraftkennlinie KL1 verläuft. Den Figuren 1 und 2 ist auch gut entnehmbar, dass die Federeinrichtung 40 ein erstes Federelement 401, ein zweites Federelement 402 und ein drittes Federelement 403 umfasst, wobei das erste Federelement 400 als axial zentral angeordnete Blattfederpaketanordnung mit einer Mehrzahl von Blattfeder-Einzelpaketen 41a, 42a ausgebildet ist und wobei das zweite Federelement 401 als axial zwischen dem ersten Federelement 41, 42 und dem ersten Teilstator 21 angeordnete Tellerfeder ausgebildet ist und wobei das dritte Federelement 402 als axial zwischen dem ersten Federelement 400 und dem ersten Teilstator 21 angeordnete Tellerfeder ausgebildet ist. Das erste Federelement 400, das zweite Federelement 401 und das dritte Federelement 402 sind dabei mechanisch in Reihe derart angeordnet, dass über einen ersten Verstellwegabschnitt sowohl das erste Federelement 400 als auch das zweite und dritte Federelement 401 , 402 zumindest teilweise aber nicht vollständig komprimiert werden und dass innerhalb eines, sich an den ersten Verstellwegabschnitt anschließenden, zweiten Verstellwegabschnitts das erste Federelement 400 vollständig komprimiert bleibt.
Der erste Teilstator 21 weist einen topfförmig ausgebildeten Statorträger 210 auf, der in einer topfartigen Aufnahme ein erstes Statorblechpaket 211 aufnimmt und der am freien Ende seiner sich axial erstreckenden ringförmigen Seitenwand einen radial nach außen gerichteten Ringkragen 210a aufweist. Analog hierzu weist der zweite Teilstator 22 ebenfalls einen topfförmig ausgebildeten Statorträger 220 auf, der in einer topfartigen Aufnahme ein zweites Statorblechpaket 221 aufnimmt und der am freien Ende seiner ringförmigen Seitenwand einen radial nach außen gerichteten Ringkragen 220a aufweist. Der erste Statorträger 210 und der zweite Statorträger 220 sind dabei im Wesentlichen gleich ausgebildet und spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Die zwischen den Ringkragen 210a, 22a der beiden Statorträger 21 , 22 angeordnete Federeinrichtung 40 ist kreisringförmig ausgebildet.
Das jeweilige Blechpaket des Stators 2 ist mittels als Schrauben ausgebildeter Befestigungsmittel 212, 222 im Topfraum des jeweils topfförmig ausgebildeten Statorträgers 210, 220 befestigt. Besonders bevorzugt sind die Befestigungsmittel 212, 222 derart positioniert bzw. angeordnet, dass das Befestigungsmittel 212 des ersten Teilstators 21 und das Befestigungsmittel 222 des zweiten Teilstators 22 in radialer Richtung gesehen derart angeordnet sind, dass in axialer Richtung gesehen das jeweilige Befestigungsmittel 212; 222 die senkrecht zur Rotationsachse des Rotorkörpers 31 angeordneten Kreisringfläche Ages des Teilstators 21; 22 in eine innere Teil-Kreisringfläche Ainnen und in eine gleichgroße äußere Teil-Kreisringfläche Aaußen teilt.
Die Axialflussmaschine 1 weist ein Gehäuse 100 auf, wobei die die Rotorwelle 30 axial beidseitig über jeweils eine Rotorwellenaufnahme 301, 302 innerhalb eines Motorgehäuses 100 angeordnet ist. Jede Rotorwellenaufnahme 301, 302 nimmt auf ihrer einen axialen Seite, über ein Lager mit Wälzkörpern W, die Rotorwelle 3 (bzw. einen Wellenabschnitt des Rotorkörpers 31) auf, während die Rotorwellenaufnahme 301 , 302 auf ihrer anderen axialen Seite gegen eine Gehäusewand des Motorgehäuses 100 abgestützt oder fest in dieser aufgenommen ist.
Für die axiale Zentrierung des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 sind axiale Einstellmittel 7, wie etwa Schimscheiben oder dergleichen, vorgesehen, über welche der Rotor 3 mit seinem Rotorkörper 31 gegenüber den axial benachbart angeordneten Teilstatoren 21, 22 axial positionierbar ist.
Die Verstelleinrichtung 4 an sich weist eine erste, dem ersten Teilstator 21 zugeordnete erste Verstelleinheit 51 und eine zweite, dem zweiten Teilstator 22 zugeordnete zweite Verstelleinheit 52 auf, wobei jede der beiden Verstelleinheiten 51, 52 ein axial außen liegend angeordnetes ortsfestes insbesondere mit der jeweiligen Rotorwellenaufnahme 301 , 302 dreh- und verschiebefest verbundenes Verstellelement 511 , 521 und ein gegenüber dem außenliegenden ortsfesten Verstellelement 511 , 521 axial verschiebbar und zumindest bereichsweise verdrehbar ausgebildetes und mit dem ihm zugeordneten Teilstator 21, 22 fest verbundenes, axial innenliegendes Verstellelement 512, 522 aufweist. Dabei sind zwischen dem ortsfesten Verstellelement 511, 521 und dem axial verschiebbaren Verstellelement 512, 522 umfänglich verteilt mindestens drei Wälzkörper W angeordnet. Wie in Figur 4 gezeigt, weist das ortsfeste Verstellelement 511 , 521 auf seiner dem verschiebbaren Verstellelement 512, 522 zugekehrten Seite ein erstes Rampenelement R1 auf und weist das verschiebbare Verstellelement 512, 522 auf seiner dem ortsfesten Verstellelement 511, 521 zugekehrten Seite ein zweites Rampenelement R2 auf, wobei das erste Rampenelement R1 und das zweite Rampenelement R2 derart ausgebildet sind, dass im Falle einer Verdrehung des ersten Verstellelements R1 gegen das zweite Verstellelement R2 oder umgekehrt, der jeweils zugeordnete Teilstator 21, 22 gegenüber der Rotorwelle 3 axial verschoben wird, derart, dass der zwischen dem jeweiligen Teilstator 21 , 22 und dem Rotorkörper 31 gebildete Luftspalt L1 ; L2 in seiner axialen Erstreckung verkleinert bzw. vergrößert wird.
Durch die konstruktive Ausgestaltung sind die beiden Teilstatoren 21, 22 schwimmend gelagert auf der Rotorwelle 30 bzw. auf der Rotorwellenaufnahme 301 , 302 angeordnet. Ferner stützen sich die beiden Teilstatoren 21 , 22 über die Verstelleinrichtung 4 gegenseitig ab. Die Federeinrichtung 40 ist ausgebildet, eine Federkraftkennlinie KL2 abzubilden, die über den gesamten Verstellweg unterhalb einer Funktion F magnet_grenz = F magnet + Fmagnet_max*0.3 liegt. Hierfür ist das erste Federelement 400 ausgebildet eine lineare Federkraftkennlinie abzubilden und sind das zweite und dritte Federelement 401 , 402 ausgebildet eine progressive Federkraftkennlinie abzubilden.
Zwischen dem ersten Verstellelement 511 , 521 und dem zweiten Verstellelement 512, 522 sind (in rotativer Richtung wirkende) Anschlagmittel A1 , A2 vorgesehen, die derart ausgebildet sind, dass in einem Betriebszustand mit einem vorbestimmten Drehmoment, welches oberhalb eines vorbestimmten maximalen Verstellmoments liegt, das auftretende Drehmoment über die Anschlagmittel A1 , A2 anstelle über die korrespondierenden ersten und zweiten Rampenmittel R1, R2 von erstem und zweitem Verstellelement 51; 52 übertragen wird. Hierfür weist das erste Verstellelement 511 , 521 zwei radial nach außen gerichtete Anschlagsegmente auf, welche mit in axialer Richtung am zweiten Verstellelement 512, 522 ausgebildeten Anschlagelementen Zusammenwirken.
Der erste Teilstator 21 und der zweite Teilstator 22 sind rotatorisch miteinander gekoppelt, derart, dass während des Betriebs der Axialflussmaschine 1 keine Relativverdrehung zwischen dem ersten Teilstator 21 und dem zweiten Teilstator 22 erfolgt. Hierfür ist über die zwischen erstem und zweitem Teilstator 21 ; 22 angeordnete Federeinrichtung 40 eine Reibschlussverbindung zwischen den beiden Rotorkörpern 31; 32 realisiert. Alternativ - und hier nicht dargestellt - kann zwischen der Federeinrichtung 40 und jedem Teilstator 21 , 22 ein Verbinderelement zur rotatorischen Kopplung vorgesehen sein.
Figur 3 zeigt ein zentrales erstes Federelement 400 einer Federeinrichtung 40 der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 4 in einer Perspektivansicht. Gemäß Figur 3 umfasst das erste Federelement 400 insgesamt sechs Blattfeder-Einzelpakete 41a, 42a sowie einen ringscheibenförmig ausgebildeten Trägerring T und zwei Federauflageringe T1, T2. Zwischen dem axial zentral angeordneten Trägerring T und jeweils einem axial benachbarten Federauflagering T1, T2, sind umfänglich gleichmäßig verteilt, auf jeder Seite drei Blattfederpakete 41a, 42a angeordnet. Die beiden axial vom zentralen Trägerring T beabstandet angeordneten beidseitig mit den jeweiligen Blattfeder-Einzelpaketen 41a, 42a fest verbundenen Federauflageringe T1 , T2 bewegen sich über den gesamten axialen Verstellweg V rotatorisch gleichsinnig und ohne einen relativen Drehversatz zueinander. Das gezeigte Federpaket hat somit einen insgesamt scherengelenkartigen Aufbau, durch den beim Zusammendrücken des Federpakets und dem anschließenden Entspannen des Federpakets über den gesamten Verstellweg eine Relativverdrehung und damit eine Verspannung in Umfangsrichtung zwischen den beiden axial beabstandeten Federauflageringen verhindert wird.
Figur 5 zeigt zwei verschiedene Kraftkennlinien KL1 , KL2 über den Verstellweg V der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 4, wobei die untere Kennlinie KL1 den Kraftverlauf, der zwischen Rotor 3 und Stator 2 herrschenden Magnetkraft zeigt und wobei die obere Kennlinie KL2 den Kraftverlauf der Kompensationsfeder bzw. der Federeinrichtung 40 zeigt.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Axialflussmaschine 100 Gehäuse 2 Stator
21 Teilstator
210 Statorträger 210a Ringkragen
211 Statorblechpaket 22 Teilstator
212 Befestigungsmittel
220 Statorträger 220a Ringkragen
221 Statorblechpaket 222 Befestigungsmittel
3 Rotor
30 Rotorwelle
301 Rotorwellenaufnahme
302 Rotorwellenaufnahme 31 Rotorkörper
4 Verstelleinrichtung
40 Federeinrichtung
400 erstes Federelement
401 zweites Federelement 402 drittes Federelement
41 Blattfeder-Einzelpaketen
5 Verstelleinheit
51 erste Verstelleinheit 511 Verstellelement 512 Verstellelement
52 zweite Verstelleinheit 521 Verstellelement
522 Verstellelement
7 axiale Einstellmittel
Ages Kreisringfläche Annen innere Teil-Kreisringfläche Aaußen äußere Teil-Kreisringfläche
W Wälzkörper
R1 erstes Rampenelement R2 zweites Rampenelement L1 Luftspalt L2 Luftspalt
A1 Anschlagmittel A2 Anschlagmittel
T Trägerring T1 Federauflagering T2 Federauflagering
V Verstellweg x1 erster Verstellwegabschnitt x2 zweiter Verstellwegabschnitt KL1 Kraft-Wegkennlinie der Magnetkraft über den Verstellweg
KL2 Kraft-Wegkennlinie der Federeinrichtung über den Verstellweg

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Axialflussmaschine (1), umfassend
- einen Stator (2) mit einem ersten Teilstator (21) und mit einem von dem ersten Teilstator (21) axial beabstandet angeordneten zweiten Teilstator (22), und
- einen Rotor (3) mit einem auf einer Rotorwelle (30) angeordneten, scheibenförmig ausgebildeten und axial zwischen dem ersten Teilstator (21) und dem zweiten Teilstator (22) angeordneten Rotorkörper (31), wobei der erste Teilstator (21) und der zweite Teilstator (22) in axialer Richtung gegenüber dem Rotorkörper (31) beweglich angeordnet sind, und umfassend
- eine Verstelleinrichtung (4), wobei die Verstelleinrichtung (4) eingerichtet ist den ersten Teilstator (21) und den zweiten Teilstator (22) zur Einstellung eines Luftspaltes (L1, L2) in axialer Richtung zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Verstelleinrichtung (4) eingerichtet ist den ersten Teilstator (21) und den zweiten Teilstator (22) in Abhängigkeit von einem über die Rotorwelle (3) zu übertragenden Drehmoment, welches ein auf den ersten Teilstator (21) und auf den zweiten Teilstator (22) resultierendes Stützmoments erzeugt, in axialer Richtung zu verstellen.
2. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (4) wenigstens eine Federeinrichtung (40) umfasst, welche entgegen der magnetischen Anziehungskraft zwischen Rotorkörper (31) und Stator (2) auf den ersten Teilstator (21 ) und auf den zweiten Teilstator (22) einwirkt, wobei die Federeinrichtung (40) derart konfiguriert ist, dass sich eine Federkraftkennlinie (KL2) ausbildet, die über den gesamten Verstellweg (V) oberhalb der Magnetkraftkennlinie (KL1 ) verläuft.
3. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (40) ein erstes Federelement (400), ein zweites Federelement (401) und ein drittes Federelement (402) umfasst, wobei das erste Federelement (400) als axial zentral angeordnete
Blattfederpaketanordnung mit einer Mehrzahl von Blattfeder-Einzelpaketen (41a, 42a) ausgebildet ist und wobei das zweite Federelement (401) als axial zwischen dem ersten Federelement (41, 42) und dem ersten Teilstator (21) angeordnete Tellerfeder ausgebildet ist und wobei das dritte Federelement (402) als axial zwischen dem ersten Federelement (400) und dem zweiten Teilstator (22) angeordnete Tellerfeder ausgebildet ist.
4. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (400), das zweite Federelement (401) und das dritte Federelement (402) mechanisch in Reihe angeordnet sind derart, dass über einen ersten Verstellwegabschnitt (x1) sowohl das erste Federelement (400) als auch das zweite und dritte Federelement (401 , 402) zumindest teilweise aber nicht vollständig komprimiert werden und dass innerhalb eines, sich an den ersten Verstellwegabschnitt (x1) anschließenden, zweiten Verstellwegabschnitts (x2) das erste Federelement (400) vollständig komprimiert bleibt.
5. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstator (21) einen topfförmig ausgebildeten Statorträger (210) aufweist, der in einer topfartigen Aufnahme ein erstes Statorblechpaket (211) aufnimmt und der am freien Ende seiner sich axial erstreckenden ringförmigen Seitenwand einen radial nach außen gerichteten Ringkragen (210a) aufweist und der zweite Teilstator (22) einen topfförmig ausgebildeten Statorträger (220) aufweist, der in einer topfartigen Aufnahme ein zweites Statorblechpaket (221) aufnimmt und der am freien Ende seiner ringförmigen Seitenwand einen radial nach außen gerichteten Ringkragen (220a) aufweist, wobei der erste Statorträger (210) und der zweite Statorträger (220) im Wesentlichen gleich ausgebildet und spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind, und wobei die Federeinrichtung (40) kreisringförmig ausgebildet und zwischen den Ringkragen (210a, 220a) von erstem Teilstator (21) und zweitem Teilstator (22) angeordnet ist.
6. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Statorblechpaket (211 , 221 ) des jeweiligen Teilstators (21 , 22) über stiftförmige Befestigungsmittel 212, 222) im Topfraum des jeweils topfförmig ausgebildeten Statorträgers (210, 220) befestigt ist.
7. Axialflussmaschine (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (212) des ersten Teilstators (21) und die Befestigungsmittel (222) des zweiten Teilstators (22) in radialer Richtung gesehen derart angeordnet sind, dass in axialer Richtung gesehen das Befestigungsmittel (212; 222) die Kreisringfläche (Ages) des Teilstators (21; 22) in eine innere Teil-Kreisringfläche (Ainnen) und in eine gleichgroße äußere Teil- Kreisringfläche (Aaußen) teilt.
8. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche 6-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (212; 222) durch Schrauben oder Niete zur Befestigung des Statorblechpakets (211 , 221 ) am jeweiligen Statorträger (210, 220) gebildet sind.
9. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialflussmaschine (1) ein Gehäuse (100) aufweist und die die Rotorwelle (30) axial beidseitig über jeweils eine Rotorwellenaufnahme (301, 302) innerhalb eines Motorgehäuses (100) angeordnet ist, wobei mit Vorteil jede Rotorwellenaufnahme (301 , 302) auf ihrer einen axialen Seite über ein Lager die Rotorwelle (3) aufnimmt und wobei die Rotorwellenaufnahme (301, 302) auf ihrer anderen axialen Seite gegen eine Gehäusewand des Motorgehäuses (100) abgestützt oder fest in dieser aufgenommen ist.
10. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die axiale Zentrierung des Rotors (3) gegenüber dem Stator (2) axiale Einstellmittel (7) vorgesehen sind, über welche der Rotor (3) mit seinem Rotorkörper (31) gegenüber den axial benachbart angeordneten Teilstatoren (21 , 22) axial positionierbar ist.
11. Axialflussmaschine (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Verstelleinrichtung (4) eine erste, dem ersten Teilstator (21) zugeordnete erste Verstelleinheit (51) und eine zweite, dem zweiten Teilstator (22) zugeordnete zweite Verstelleinheit (52) aufweist, wobei jede der beiden Verstelleinheiten (51 ; 52) ein axial außen liegend angeordnetes ortsfestes (insbesondere mit der jeweiligen Rotorwellenaufnahme (301 , 302) dreh- und verschiebefest verbundenes) Verstellelement (511 , 521 ) und ein gegenüber dem außenliegenden ortsfesten Verstellelement (511 , 521 ) axial verschiebbar und zumindest bereichsweise verdrehbar ausgebildetes und mit dem ihm zugeordneten Teilstator (21 , 22) fest verbundenes, axial innenliegendes Verstellelement (512, 522) aufweist, und wobei zwischen dem ortsfesten Verstellelement (511 , 521 ) und dem axial verschiebbaren Verstellelement (512, 522) zumindest jeweils ein Wälzkörper (W) angeordnet ist, und wobei das ortsfeste Verstellelement (511 , 521 ) auf seiner dem verschiebbaren Verstellelement (512, 522) zugekehrten Seite ein erstes Rampenelement (R1) aufweist und das verschiebbare Verstellelement (512, 522) auf seiner dem ortsfesten Verstellelement (511, 521 ) zugekehrten Seite ein zweites Rampenelement (R2) aufweist, wobei das erste Rampenelement (R1) und das zweite Rampenelement (R2) derart ausgebildet sind, dass im Falle einer Verdrehung des ersten Verstellelements (R1) gegen das zweite Verstellelement (R2) oder umgekehrt, der jeweils zugeordnete Teilstator (21 , 22) gegenüber der Rotorwelle (3) axial verschoben wird, derart, dass der zwischen dem jeweiligen Teilstator (21 , 22) und dem Rotorkörper (31 ) gebildete Luftspalt (L1 ; L2) in seiner axialen Erstreckung verkleinert wird.
12. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden Teilstatoren (21 , 22) schwimmend gelagert auf der Rotorwelle (30) oder auf einer Rotorwellenaufnahme (301 , 302) angeordnet sind und sich die beiden Teilstatoren (21, 22) über die Verstelleinrichtung (4) gegenseitig abstützen.
13. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (40) ausgebildet ist, eine Federkraftkennlinie abzubilden die über den gesamten Verstellweg unterhalb einer Funktion F magnet_grenz = F magnet + Fmagnet_max*0.3 liegt.
14. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2-13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (400) ausgebildet ist eine lineare Federkraftkennlinie abzubilden und/oder das zweite und dritte Federelement (401 , 402) ausgebildet sind eine progressive Federkraftkennlinie abzubilden.
15. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Verstellelement (511, 521) und dem zweiten Verstellelement (512, 522) Anschlagmittel (A1, A2) vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, dass in einem Betriebszustand mit einem vorbestimmten Drehmoment, welches oberhalb eines vorbestimmten maximalen Verstellmoments liegt, das auftretende Drehmoment über die Anschlagmittel (A1 , A2) anstelle über die korrespondierenden ersten und zweiten Rampenmittel (R1 , R2) von erstem und zweitem Verstellelement (51 ; 52) übertragen wird.
16. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilstator (21) und der zweite Teilstator (22) rotatorisch miteinander gekoppelt sind, derart, dass während des Betriebs der Axialflussmaschine (1) keine Relativverdrehung zwischen dem ersten Teilstator (21) und dem zweiten Teilstator (22) erfolgt, wobei bevorzugt über die zwischen erstem und zweitem Teilstator (21; 22) angeordnete Federeinrichtung (40) eine Reibschlussverbindung zwischen den beiden Rotorkörpern (31 ; 32) realisiert ist oder wobei bevorzugt zwischen Federeinrichtung (40) und jedem Teilstator (21, 22) ein Verbinderelement zur rotatorischen Kopplung vorgesehen ist.
17. Axialflussmaschine (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 3-16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (400) zumindest sechs Blattfeder-Einzelpakete (41a, 42a) sowie einen ringscheibenförmig ausgebildeten Trägerring (T) und zwei Federauflageringe (T1, T2) umfasst, wobei zwischen dem axial zentral angeordneten Trägerring (T) und jeweils einem axial benachbarten Trägerring (T1, T2), umfänglich gleichmäßig verteilt, auf jeder Seite drei Blattfederpakete (41a, 42a) angeordnet sind.
18. Axialflussmaschine (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (40) derart aufgebaut ist, dass die beiden axial vom zentralen Trägerring (T) beabstandet angeordneten beidseitig mit den jeweiligen Blattfeder-Einzelpaketen (41a, 42a) fest verbundenen Federauflageringe (T1, T2) sich über den gesamten axialen Verstellweg (V) rotatorisch gleichsinnig und ohne einen relativen Drehversatz zueinander bewegen.
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