DE102023201124A1 - Electric machine, electric axle drive, motor vehicle and method for operating an electric machine - Google Patents
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Abstract
Eine elektrische Maschine (100) für ein Kraftfahrzeug weist einen drehfest gelagerten Stator (105), einen relativ zu dem Stator (105) drehbar gelagerten Innenrotor (110) und einen relativ zu dem Stator (105) drehbar gelagerten Außenrotor (115) auf. Dabei ist der Stator (105) zwischen dem Innenrotor (110) und dem Außenrotor (115) angeordnet oder anordenbar.An electric machine (100) for a motor vehicle has a stator (105) mounted in a rotationally fixed manner, an inner rotor (110) mounted so as to be rotatable relative to the stator (105), and an outer rotor (115) mounted so as to be rotatable relative to the stator (105). The stator (105) is arranged or can be arranged between the inner rotor (110) and the outer rotor (115).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, einen elektrischen Achsantrieb, ein Kraftfahrzeug und auf ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine.The present invention relates to an electric machine, an electric axle drive, a motor vehicle and a method for operating an electric machine.
Es sind elektrische Maschinen mit permanenterregten oder fremderregten Rotoren bekannt. Weiterhin sind Getriebe mit mehreren Gängen bekannt, um zum Beispiel hohe Endgeschwindigkeiten, also hohe Drehzahlen erreichen zu können.Electric machines with permanently excited or separately excited rotors are known. Gearboxes with multiple gears are also known in order to be able to achieve high top speeds, i.e. high rotational speeds, for example.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte elektrische Maschine, einen verbesserten elektrischen Achsantrieb, ein verbessertes Kraftfahrzeug und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved electric machine, an improved electric axle drive, an improved motor vehicle and an improved method for operating an electric machine according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.
Die mit dem hier vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine elektrische Maschine geschaffen werden kann, die einen hohen Wirkungsgrad sowie eine hohe Leistungsdichte aufweist bzw. ermöglicht.The advantages that can be achieved with the approach presented here are in particular that an electrical machine can be created that has or enables a high level of efficiency and a high power density.
Eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug weist einen drehfest gelagerten Stator, einen relativ zu dem Stator drehbar gelagerten Innenrotor und einen relativ zu dem Stator drehbar gelagerten Außenrotor auf. Dabei ist der Stator zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor angeordnet oder anordenbar.An electric machine for a motor vehicle has a stator mounted in a rotationally fixed manner, an inner rotor mounted so as to rotate relative to the stator, and an outer rotor mounted so as to rotate relative to the stator. The stator is arranged or can be arranged between the inner rotor and the outer rotor.
Die elektrische Maschine kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug antreiben, wobei das Kraftfahrzeug beispielsweise als ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgeführt sein kann. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Omnibus, eine Arbeitsmaschine oder dergleichen sein. Drehfest kann sich auf die elektrische Maschine als Referenzsystem beziehen. Der Innenrotor und der Außenrotor können jeweils ein bewegliches, rotierendes Teil der elektrischen Maschine sein. Der Stator kann ein feststehendes, unbewegliches Teil der elektrischen Maschine sein.The electric machine can drive a motor vehicle, for example, whereby the motor vehicle can be designed as an electrically operated motor vehicle. The motor vehicle can be, for example, a passenger car, truck, bus, work machine or the like. Rotationally fixed can refer to the electric machine as a reference system. The inner rotor and the outer rotor can each be a movable, rotating part of the electric machine. The stator can be a fixed, immovable part of the electric machine.
Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt zwei ineinander verschachtelte Rotoren, die auch als E-Maschinen bezeichnet werden können, die einen gemeinsamen Stator aufweisen. Die elektrische Maschine kann daher als eine rotorgesteuerte elektrische Maschine verstanden werden. Somit können Bauteile eingespart werden und es kann eine kompakte Anordnung des Innenrotors und des Außenrotors ermöglicht werden, da nicht alle Komponenten doppelt ausgeführt sind. Ferner können Kosten eingespart werden, da lediglich ein Stator für beide Rotoren verwendet werden kann. Der hier vorgestellte Ansatz kann daher auch als verschachtelte E-Maschine oder als zwei ineinander verschachtelte E-Maschinen oder als verschachtelte E-Maschinen mit nur einem Stator verstanden bzw. bezeichnet werden. Der hier vorgestellte Ansatz kann unterschiedliche Drehmomente sowie unterschiedliche Geschwindigkeiten der Rotoren und unterschiedliche Effizienzkennfelder ermöglichen. Ferner kann ein Zweiganggetriebe für eine zuverlässige Effizienz und Leistungsfähigkeit ermöglicht werden.The approach presented here describes two nested rotors, which can also be referred to as electric machines, which have a common stator. The electric machine can therefore be understood as a rotor-controlled electric machine. This means that components can be saved and a compact arrangement of the inner rotor and the outer rotor can be made possible because not all components are duplicated. Furthermore, costs can be saved because only one stator can be used for both rotors. The approach presented here can therefore also be understood or referred to as a nested electric machine or as two nested electric machines or as nested electric machines with only one stator. The approach presented here can enable different torques as well as different speeds of the rotors and different efficiency maps. Furthermore, a two-speed transmission can be enabled for reliable efficiency and performance.
Der Stator kann zumindest einen Permanentmagneten aufweisen, der ausgebildet sein kann, um ein Permanentmagnetfeld für eine Permanentmagnet-Erregung der elektrischen Maschine zu erzeugen. Der Permanentmagnet kann ein Dauermagnet sein, der unabhängig von einer Bestromung das Permanentmagnetfeld erzeugen kann. Zusätzlich kann der Stator eine Mehrzahl von Permanentmagneten aufweisen. Permanentmagnete weisen jeweils einen Nordpol und einen Südpol auf. Bei magnetischen Nordpolen kann es sich um Gebiete handeln, aus denen Feldlinien aus-treten. Gebiete, in denen die Feldlinien eintreten, werden als Südpole bezeichnet. Aufgrund der Permanentmagnet-Erregung kann die elektrische Maschine zumindest teilweise als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet sein.The stator can have at least one permanent magnet, which can be designed to generate a permanent magnetic field for permanent magnet excitation of the electrical machine. The permanent magnet can be a permanent magnet that can generate the permanent magnetic field independently of current supply. In addition, the stator can have a plurality of permanent magnets. Permanent magnets each have a north pole and a south pole. Magnetic north poles can be areas from which field lines emerge. Areas in which the field lines enter are referred to as south poles. Due to the permanent magnet excitation, the electrical machine can be designed at least partially as a permanently excited synchronous machine.
Zusätzlich oder alternativ kann der Stator zumindest eine Spule aufweisen, die ausgebildet sein kann, um bei einer Bestromung der Spule ein Statormagnetfeld für eine statische Erregung der elektrischen Maschine zu erzeugen. Bei der Spule kann es sich um ein elektrisches Bauelement handeln, das Windungen aufweist, um bei Stromfluss das Magnetfeld zu erzeugen. Bei einer Nicht-Bestromung der Spule kann das Magnetfeld nicht wirken. Zusätzlich kann der Stator eine Mehrzahl von Spulen aufweisen. Aufgrund der statischen Erregung kann die elektrische Maschine zumindest teilweise als eine fremderregte Synchronmaschine ausgebildet sein.Additionally or alternatively, the stator can have at least one coil, which can be designed to generate a stator magnetic field for static excitation of the electrical machine when the coil is energized. The coil can be an electrical component that has windings to generate the magnetic field when current flows. If the coil is not energized, the magnetic field cannot have an effect. In addition, the stator can have a plurality of coils. Due to the static excitation, the electrical machine can be designed at least partially as a separately excited synchronous machine.
Die elektrische Maschine kann einen äußeren Abtriebsanschluss aufweisen, der mit dem Außenrotor gekoppelt oder koppelbar sein kann. Zusätzlich kann die elektrische Maschine einen inneren Abtriebsanschluss aufweisen, der mit dem Innenrotor gekoppelt oder koppelbar sein kann. Dabei kann insbesondere der äußere und zusätzlich oder alternativ der innere Abtriebsanschluss als eine Welle oder ein Zahnrad ausgeführt sein. Somit kann eine zuverlässige Funktionsweise der elektrischen Maschine ermöglicht werden.The electric machine can have an external output connection that can be or can be coupled to the external rotor. In addition, the electric machine can have an internal output connection that can be or can be coupled to the internal rotor. In particular, the external and additionally or alternatively the internal output connection can be designed as a shaft or a gear. This enables the electric machine to function reliably.
Der Innenrotor und der Außenrotor können um eine gemeinsame Drehachse gelagert sein. Zusätzlich oder alternativ können der Innenrotor und der Außenrotor zylindrisch um den Stator ausgebildet sein. Somit kann eine zuverlässige Funktionsweise der elektrischen Maschine ermöglicht werden.The inner rotor and the outer rotor can be mounted around a common axis of rotation. Additionally or alternatively, the inner rotor and the outer rotor can be formed cylindrically around the stator. This enables the electrical machine to function reliably.
Der Stator kann ausgebildet sein, um ein Magnetfeld axial und zusätzlich oder alternativ parallel zu der Drehachse des Innenrotors und zusätzlich oder alternativ des Außenrotors auszubilden. Dadurch kann die elektrische Maschine als ein Axialflussmotor ausgebildet sein. Ein Axialflussmotor kann einen reduzierten Materialbedarf an Kupfer und Eisen aufweisen, wodurch er kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem kann der Axialflussmotor eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Drehmomentdichte aufweisen.The stator can be designed to form a magnetic field axially and additionally or alternatively parallel to the axis of rotation of the inner rotor and additionally or alternatively of the outer rotor. As a result, the electrical machine can be designed as an axial flux motor. An axial flux motor can have a reduced material requirement for copper and iron, which means it can be manufactured cost-effectively. In addition, the axial flux motor can have a high power density and a high torque density.
Die elektrische Maschine kann zumindest einen zusätzlichen Rotor aufweisen, der relativ zu dem Stator drehbar gelagert sein kann. Dabei kann der zusätzliche Rotor außerhalb des Außenrotors, zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor oder innerhalb des Innenrotors angeordnet oder anordenbar sein. Somit kann eine zuverlässige Funktionsweise der elektrischen Maschine ermöglicht werden.The electric machine can have at least one additional rotor that can be mounted so as to be rotatable relative to the stator. The additional rotor can be arranged or can be arranged outside the outer rotor, between the outer rotor and the inner rotor, or inside the inner rotor. This enables the electric machine to function reliably.
Die elektrische Maschine kann eine Steuereinheit aufweisen, die ausgebildet sein kann, um einen Strom durch den Innenrotor unabhängig von einem Strom durch den Außenrotor einzuprägen. Beispielsweise kann ein Wechselstrom eingeprägt werden. Somit kann eine zuverlässige Funktionsweise der elektrischen Maschine ermöglicht werden.The electric machine can have a control unit that can be designed to impress a current through the inner rotor independently of a current through the outer rotor. For example, an alternating current can be impressed. This enables the electric machine to function reliably.
Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, um je einen Strom in den Innenrotor und in den Außenrotor derart einzuprägen, dass sich der Innenrotor mit einer Geschwindigkeit und zusätzlich oder alternativ Drehrichtung drehen kann, die sich von einer Geschwindigkeit und zusätzlich oder alternativ Drehrichtung des Außenrotors unterscheiden kann. Somit können verschiedene Betriebsmodi der Rotoren ermöglicht werden, wodurch eine vorteilhafte Funktionsweise der elektrischen Maschine ermöglicht werden kann.The control unit can be designed to impress a current into the inner rotor and into the outer rotor in such a way that the inner rotor can rotate at a speed and additionally or alternatively a direction of rotation that can differ from a speed and additionally or alternatively a direction of rotation of the outer rotor. This makes it possible to have different operating modes for the rotors, which can enable the electrical machine to function advantageously.
Ein elektrischer Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug weist eine Ausführungsform einer hierin genannten elektrischen Maschine auf. Optional weist der elektrische Achsantrieb eine Getriebeeinrichtung und einen Stromrichter auf. Der Stromrichter kann als ein Wechselrichter oder Inverter ausgeführt sein. Unter Verwendung des Stromrichters kann ein zum Betreiben der elektrischen Maschine erforderlicher elektrischer Wechselstrom bereitgestellt werden. Unter Verwendung der Getriebeeinrichtung kann ein von der elektrischen Maschine bereitgestelltes Drehmoment in ein Antriebsmoment zum Antreiben zumindest eines Rads des Kraftfahrzeugs umgewandelt werden. Die Getriebeeinrichtung kann ein Getriebe zum Reduzieren der Drehzahl der elektrischen Maschine sowie optional ein Differenzial aufweisen.An electric axle drive for a motor vehicle has an embodiment of an electric machine mentioned herein. Optionally, the electric axle drive has a transmission device and a power converter. The power converter can be designed as a power converter or inverter. Using the power converter, an alternating electrical current required to operate the electric machine can be provided. Using the transmission device, a torque provided by the electric machine can be converted into a drive torque for driving at least one wheel of the motor vehicle. The transmission device can have a transmission for reducing the speed of the electric machine and optionally a differential.
Ein Kraftfahrzeug weist eine Ausführungsform eines hierin genannten elektrischen Achsantriebes und zusätzlich oder alternativ eine Ausführungsform einer hierin genannten elektrischen Maschine auf. Das Kraftfahrzeug kann als ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Omnibus, eine Arbeitsmaschine oder dergleichen sein. Auch durch eine solche Ausführungsform können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.A motor vehicle has an embodiment of an electric axle drive mentioned here and additionally or alternatively an embodiment of an electric machine mentioned here. The motor vehicle can be designed as an electrically operated motor vehicle. The motor vehicle can be, for example, a passenger car, truck, bus, work machine or the like. The advantages of the approach described here can also be implemented very efficiently by such an embodiment.
Das Kraftfahrzeug kann einen Verbrennungsmotor aufweisen, der mit dem Außenrotor oder dem Innenrotor mechanisch verbunden oder verbindbar sein kann. Somit kann eine mechanische Energie in eine elektrische Energie umgewandelt werden.The motor vehicle can have an internal combustion engine that can be or can be mechanically connected to the outer rotor or the inner rotor. Thus, mechanical energy can be converted into electrical energy.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Ausführungsform einer hierin genannten elektrischen Maschine umfasst einen Schritt des Beaufschlagens des Innenrotors mit einem ersten Strom und des Außenrotors mit einem zweiten Strom, wobei sich der erste Strom von dem zweiten Strom in Stärke und zusätzlich oder alternativ im zeitlichen Verlauf unterscheidet. Auch durch eine solche Ausführungsform können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.A method for operating an embodiment of an electric machine mentioned herein comprises a step of applying a first current to the inner rotor and a second current to the outer rotor, wherein the first current differs from the second current in strength and additionally or alternatively in time. The advantages of the approach described here can also be implemented very efficiently by such an embodiment.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um den Schritt einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in einer entsprechenden Einrichtung durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Steuereinheit kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a control unit that is designed to carry out, control or implement the step of a variant of a method presented here in a corresponding device. This embodiment of the invention in the form of a control unit can also solve the problem underlying the invention quickly and efficiently.
Eine Steuereinheit kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Steuereinheit kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Steuereinheit umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.A control unit can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals depending on them. The control unit can have one or more suitable interfaces, which can be designed as hardware and/or software. In a hardware design, the interfaces can, for example, be part of an integrated circuit in which the functions of the control unit are implemented. The interfaces can also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software design, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Steuereinheit ausgeführt wird.Also advantageous is a computer program product with program code which can be stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above when the program is executed on a computer or a control unit.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine; -
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine; -
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine; -
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Maschine; -
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs, in dem ein hier vorgestellter Ansatz verwendet wird; -
6 ein schematisches Ablaufdiagramme eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer elektrischen Maschine; und -
7 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Steuereinheit zum Betreiben einer elektrischen Maschine.
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1 a schematic sectional view of an embodiment of an electrical machine; -
2 a schematic sectional view of an embodiment of an electrical machine; -
3 a schematic sectional view of an embodiment of an electrical machine; -
4 a schematic representation of an embodiment of an electrical machine; -
5 a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle in which an approach presented here is used; -
6 a schematic flow diagram of an embodiment of a method for operating an electrical machine; and -
7 a schematic block diagram of an embodiment of a control unit for operating an electrical machine.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and having a similar effect, whereby a repeated description of these elements is omitted.
Die elektrische Maschine 100 weist einen Stator 105, einen Innenrotor 110 und einen Außenrotor 115 auf. Der Stator 105 ist zwischen dem Innenrotor 110 und dem Außenrotor 115 drehfest gelagert, wobei der Innenrotor 110 und der Außenrotor 115 relativ zu dem Stator 105 drehbar gelagert sind.The
Die elektrische Maschine 100 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel einen äußeren Abtriebsanschluss 140, der auch als Abtrieb zwei bezeichnet werden kann, und einen inneren Abtriebsanschluss 145, der auch als Abtrieb eins bezeichnet werden kann, auf. Die Abtriebsanschlüsse 140, 145 sind lediglich beispielhaft in der
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die elektrische Maschine 100 eine Steuereinheit 150 auf. Die Steuereinheit 150 ist beispielsweise ausgebildet, um einen Stromfluss durch den Innenrotor 110, den Außenrotor 115 und/oder den Stator 105 einzuprägen. Dazu ist die Steuereinheit 150 über je eine Leitung (bzw. einem Leitungspaar) mit dem Innenrotor 110, dem Außenrotor 115 und/der dem Stator 105 verbunden. Nach einer Beaufschlagung des Stators 105 mit einem definierten Stromfluss bildet der Stator 105 ein diesem Stromfluss entsprechendes Magnetfeld auf. Wird nun beispielsweise Strom in den Innenrotor 110 und/oder den Außenrotor 115 eingeprägt, resultiert ein durch diesen Stromfluss im Innenrotor 110 bzw. Außenrotor 115 ebenfalls ein Magnetfeld, welches mit dem durch den Stromfluss durch den Stator 105 ausgebildeten Magnetfeld wechselwirkt. Dabei kann nun ein anderer Strom in den Innenrotor 110 eingeprägt werden als in den Außenrotor 115, wodurch sich der Innenrotor 110 mit einer Geschwindigkeit und/oder in einer Drehrichtung dreht, die sich von der Geschwindigkeit und/oder der Drehrichtung des Außenrotors 115 unterscheiden. In anderen Worten ausgedrückt rotieren in einem Betriebszustand der elektrischen Maschine 100 der Außenrotor 115 und der Innenrotor 110 relativ zu dem Stator 105, der drehfest ist. Dabei drehen sich die Rotoren 110, 115 gleichläufig oder gegenläufig, je nach eingeprägtem Stromfluss durch den Innenrotor 110 bzw. Außenrotor 115. Alternativ kann auch ein Stromfluss durch nur einer der Rotoren 110, 115 eingeprägt weden, sodass sich dann auch nur dieser eine Rotor 110, 115 dreht. Genauer sind der Innenrotor 110 und der Außenrotor 115 in beispielhaft neun unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar. In einem ersten Betriebsmodus rotieren beide Rotoren 110, 115 rechtsdrehend, wobei in einem zweiten Betriebsmodus der Innenrotor 110 rechtsdrehend rotiert und der Außenrotor 115 linksdrehend rotiert. Der Innenrotor 110 rotiert in einem dritten Betriebsmodus rechtsdrehend, wobei der Außenrotor 115 nicht rotiert. In einem vierten Betriebsmodus rotiert der Innenrotor 110 linksdrehend und der Außenrotor 115 rechtsdrehend. Die Rotoren 110, 115 rotieren in einem fünften Betriebsmodus linksdrehend, wobei in einem sechsten Betriebsmodus der Innenrotor 110 linksdrehend rotiert und der Außenrotor 115 nicht rotiert. In einem siebten Betriebsmodus rotiert der Innenrotor 110 nicht, wobei der Außenrotor 115 rechtsdrehend rotiert. Der Innenrotor 110 rotiert in einem achten Betriebsmodus ebenfalls nicht, wobei der Außenrotor 115 linksdrehend rotiert. In einem neunten Betriebsmodus rotieren beide Rotoren 110, 115 nicht.According to one embodiment, the
Der Stator 105 ist beispielsweise statisch mit einem Gehäuse des Antriebs verbunden und mit Gleichstrom bestromt und/oder mittels Permanentmagneten bestromt. In anderen Worten ausgedrückt weist der Stator 105 beispielsweise ein konstantes Magnetfeld auf. Dazu weist der Stator 105 gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Spulen 120 und/oder Permanentmagneten 125 auf, die lediglich beispielhaft stabförmig ausgeformt sind. Optional sind die Spulen 120 und die Permanentmagnete 125 im Wechsel an dem Stator 105 angeordnet, beispielsweise entlang eines Umfangs des Stators 105 beabstandet zueinander. Der zumindest eine Permanentmagnet 125 ist beispielsweise ausgebildet, um unabhängig von einer Bestromung ein Permanentmagnetfeld zu erzeugen. Die Spule 120 ist ausgebildet, um bei einer Bestromung der Spule 120 ein Statormagnetfeld zu erzeugen. Dabei treten das Permanentmagnetfeld und das Statormagnetfeld beispielsweise in Wechselwirkung. Somit ist die elektrische Maschine 100 zumindest teilweise als eine permanenterregte Synchronmaschine und/oder zumindest teilweise als eine fremderregte Synchronmaschine ausgebildet.The
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Innenrotor 110 und dem Stator 105 ein Luftspalt 130 angeordnet und zwischen dem Außenrotor 115 und dem Stator 105 ein weiterer Luftspalt 135 angeordnet. Die Luftspalte 130, 135 sind beispielsweise ausgebildet, um einen Magnetfluss des von dem Permanentmagneten 125 erzeugten Permanentmagnetfeldes und/oder einen Magnetfluss des von der Spule 120 erzeugten Statormagnetfeldes zu führen.According to one embodiment, an
In anderen Worten ausgedrückt ist der Stator 105 so angeordnet, dass sich im inneren der Innenrotor 110, der auch als Rotor eins oder Innenläufer bezeichnet werden kann, angeordnet ist und außen der Außenrotor 115, der auch als Rotor zwei oder Außenläufer bezeichnet werden kann, angeordnet ist. Diese Rotoren 110, 115 sind beispielsweise mit Wechselstrom, der auch als AC-Strom bezeichnet werden kann, erregt. Es dreht sich also im inneren der Innenrotor 110, der auch als rotorgeregelte Maschine oder als Maschine eins bezeichnet werden kann und außen der Außenrotor 115, der auch als rotorgeregelte Maschine oder als Maschine zwei bezeichnet werden kann. Die beiden Rotoren 110, 115 sind in neun Betriebszuständen betreibbar und entweder zum Antrieb eines Fahrzeugs oder zur Rekuperation nutzbar. Die elektrische Maschine 100 weist eine vorteilhafte Kompaktheit der Anordnung und den Wegfall eines zusätzlichen Stators auf, da die Rotoren 110, 115 den Stator 105 gemeinsam verwenden.In other words, the
In einem betriebsbereiten Zustand ist der Innenrotor 110 aufgrund seines kleinen Durchmessers beispielsweise mit hoher Drehzahl betreibbar. Der Außenrotor 115 ist beispielsweise aufgrund seines großen Durchmessers mit hohem Drehmoment betreibbar, wobei die Formel
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Innenrotor 110 oder der Außenrotor 115 zum Antrieb einer Achse eines Nutzfahrzeugs einsetzbar. Der Innenrotor 110 oder der Außenrotor 115 ist wiederum als Nebenabtrieb zum Antrieb verschiedener Geräte an einem Nutzfahrzeug verwendbar. Vorteilhafterweise ist diese Anordnung sehr kompakt, die Antriebsmaschine ist unabhängig von Nebenabriebsmaschine betreibbar.According to one embodiment, the
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Maschine 100 zumindest einen zusätzlichen Rotor auf, der an dem Stator 105 anordenbar ist. Der zusätzliche Rotor ist beispielsweise relativ zu dem Stator 105 drehbar lagerbar oder gelagert. Dabei ist der zusätzliche Rotor außerhalb des Außenrotors 115, zwischen dem Außenrotor 115 und dem Innenrotor 110 oder innerhalb des Innenrotors 110 anordenbar.According to an alternative embodiment, the
Dabei ist beispielsweise der innere Abtriebsanschluss 145 des Innenrotors 110 mit dem Rad 400, das auch als linkes Rad bezeichnet werden kann, verbunden. Der äußere Abtriebsanschluss 140 des Außenrotors 115 ist mit dem weiteren Rad 405, das das rechte Rad sein kann, verbunden, oder andersherum. Damit lässt sich ein Torque Vectoring Antrieb auf einer Achse realisieren, bei der auf unterschiedliche Räder einer Achse ein unterschiedliches Drehmoment eingeprägt wird. Der Vorteil dieser Anordnung ist die besondere Kompaktheit durch die verschachtelten Rotoren 110, 115.For example, the
Von dem Kraftfahrzeug 500 sind hierbei Räder 400, 405, lediglich beispielhaft vier Räder, ein elektrischer Energiespeicher 510, beispielsweise eine Batterie, und ein elektrischer Achsantrieb 515 gezeigt. Der elektrische Achsantrieb 515 umfasst einen Stromrichter 520, eine elektrische Maschine 100 und eine Getriebeeinrichtung 530.
Elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Maschine 100 wird von einer Energieversorgungseinrichtung, hier dem elektrischen Energiespeicher 510 bereitgestellt. Der elektrische Energiespeicher 510 ist ausgebildet, um Gleichstrom bereitzustellen, der unter Verwendung eines Stromrichters 520 des elektrischen Achsantriebs 515 in einen Wechselstrom, beispielsweise einen dreiphasigen Wechselstrom, gewandelt und der elektrischen Maschine 100 bereitgestellt wird. Eine von der elektrischen Maschine 100 angetriebene Welle ist direkt oder unter Verwendung der Getriebeeinrichtung 530 mit zumindest einem Rad 400, 405 des Kraftfahrzeugs 500 gekoppelt. Somit kann das Kraftfahrzeug 500 unter Verwendung der elektrischen Maschine 100 fortbewegt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der elektrische Achsantrieb 515 ein Gehäuse, in dem der Stromrichter 520, die elektrische Maschine 100 und die Getriebeeinrichtung 530 angeordnet sind.Electrical energy for operating the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug 500 einen Verbrennungsmotor 525 auf, der mit dem Außenrotor oder dem Innenrotor der elektrischen Maschine 100 und/oder der Getriebeeinrichtung 530, was in
Das Verfahren 600 umfasst einen Schritt 605 des Beaufschlagens des Innenrotors mit einem ersten Strom und des Außenrotors mit einem zweiten Strom. Dabei unterscheidet sich der erste Strom von dem zweiten Strom in Stärke und/oder zeitlichem Verlauf.The
Die Steuereinheit 150 weist eine Einheit 700 zum Beaufschlagen des Innenrotors mit einem ersten Strom und des Außenrotors mit einem zweiten Strom auf. Die Einheit 700 zum Beaufschlagen ist ausgebildet, um den Schritt des Beaufschlagens auszuführen und/oder anzusteuern.The
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The embodiments described and shown in the figures are selected only as examples. Different embodiments can be combined with each other completely or with regard to individual features. An embodiment can also be supplemented by features of another embodiment.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Furthermore, method steps according to the invention can be repeated and carried out in a different order than that described.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an “and/or” link between a first feature and a second feature, this can be read as meaning that the embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to another embodiment has either only the first feature or only the second feature.
BezugszeichenReference symbols
- 100100
- elektrische Maschineelectric machine
- 105105
- Statorstator
- 110110
- InnenrotorInner rotor
- 115115
- AußenrotorOuter rotor
- 120120
- SpuleSink
- 125125
- PermanentmagnetPermanent magnet
- 130130
- LuftspaltAir gap
- 135135
- weiterer Luftspaltfurther air gap
- 140140
- äußerer Abtriebsanschlussexternal output connection
- 145145
- innerer Abtriebsanschlussinternal output connection
- 150150
- Steuereinheit zum Betreiben der elektrischen MaschineControl unit for operating the electrical machine
- 155155
- Erdungsanschluss Earth connection
- 400400
- Radwheel
- 405405
- weiteres Rad another wheel
- 500500
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 510510
- elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
- 515515
- elektrischer Achsantriebelectric axle drive
- 520520
- StromrichterPower converter
- 525525
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023201124.7A DE102023201124A1 (en) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | Electric machine, electric axle drive, motor vehicle and method for operating an electric machine |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Citations (3)
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| DE60131038T2 (en) * | 2000-01-17 | 2008-02-07 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama | Motor-generator |
| CN101741190A (en) * | 2008-11-11 | 2010-06-16 | 苏大庆 | Integrated multi-rotor motor-driven generator |
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-
2023
- 2023-02-10 DE DE102023201124.7A patent/DE102023201124A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| DE60131038T2 (en) * | 2000-01-17 | 2008-02-07 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama | Motor-generator |
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