Elektrische Maschine für einen Lenkantrieb

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Maschinen zum Einsatz in Lenkantrieben, insbesondere elektrische Maschinen, die als hybriderregte Homopolarmaschinen ausgebildet sind.

Stand der Technik

Moderne Kraftfahrzeuge weisen eine Lenkkraftunterstützung auf, die üblicherweise in Form eines mit dem Lenkgestänge gekoppelten Elektromotors ausgebildet ist. Bei derartigen elektrisch unterstützten Lenkungen wird das vom Fahrer auf die Lenkstange ausgeübte Moment durch einen Elektromotor verstärkt. Dabei ist es üblich, den Elektromotor über ein Getriebe starr mit dem Lenkgestänge zu koppeln.

Im Betrieb treten bei elektrischen Maschinen durch Oberwellen so genannte Oberwellenmomente auf, die zu starken rotorlageabhängigen Schwankungen des Drehmoments führen können. Diese Schwankungen können daher am Lenkrad für den Fahrer spürbar sein. Derartige Momentschwankungen des Elektromotors treten konstruktionsbedingt auf. Das elektromagnetische Design der elektrischen Maschinen für eine Lenkunterstützung muss somit so gestaltet werden, dass diese Oberwellen möglichst vermieden werden oder zumindest in ihrer Auswirkung auf den Drehmomentverlauf reduziert sind.

Bei Ausfall des Elektromotors aufgrund eines Fehlers im Elektromotor muss es dem Fahrer weiterhin möglich sein, das Fahrzeug zu lenken, auch wenn die Un- terstützung des Elektromotors vollständig ausfällt. Insbesondere ist es notwendig, dass bei Ausfall des Elektromotors keine größeren Momentenschwankungen des durch den Elektromotor bewirkten Widerstandsmoments (Rastmomente und Bremsmomente) an dem Lenkgestänge auftreten. Hierdurch ergeben sich besonders hohe Anforderungen an die Kopplung des Elektromotors mit dem Lenkgestänge sowie an den Elektromotor selbst.

Elektronisch kommutierte Synchronmaschinen mit Seltene-Erden-Magneten vorzugsweise aus Neodym-Eisen-Bor-Legierungen, haben sich aufgrund von Leistungsdichte, Wirkungsgrad und Regelmöglichkeit für diese Anwendungen durchgesetzt. Jedoch kommt es bei diesen Maschinen nicht nur zu Drehmomentschwankungen im Betrieb bei bestromter Statorwicklung, sondern es treten auch Rastmomente bei unbestromter Statorwicklung auf.

Zwar ist es möglich, durch ein Wicklungsschema bzw. eine Gestaltung der Polschuhkontur ein sinusförmiges Luftspaltfeld in den elektrischen Maschinen zu erzeugen, wodurch die Rastmomente im unbestromten Fall und Drehmomentschwankungen im bestromten Fall reduziert sind, dies ist jedoch bei Elektromotoren mit geringen Abmessungen aufgrund der Platzverhältnisse und der Herstellungskosten nur mit erhöhtem Aufwand möglich. Daher muss man bei elektrischen Maschinen mit geringen Abmessungen mit entsprechenden Oberwellen im Luftspalt rechnen und die Drehmomentenschwankungen in Kauf nehmen. Es wird daher versucht, die elektrischen Maschinen für die Lenkantriebe so zu gestalten, dass die Oberwellen möglichst ohne Wirkung auf das in die Lenkung übertragene Drehmoment bleiben.

Eine weitere wesentliche Anforderung besteht darin, Störungen, die in der elektrischen Maschine auftreten, so zu beherrschen, dass keine merklichen Bremsmomente in dem Lenkgestänge auftreten. Um im Fehlerfall, insbesondere bei Kurzschlüssen oder Durchlegieren von Schaltern, die Bremsmomente der elektrischen Maschine und damit auch die am Lenkrad gering zu halten, werden heute so genannte Stern punktauftrennungen vorgesehen. Mithilfe eines Sternpunktrelais, das mechanisch oder elektronisch ausgebildet sein kann, kann im Fehlerfall der Sternpunkt der Maschine aufgetrennt werden. Dies ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 03/099 632 A1 bekannt. Hierdurch lassen sich Fehler in der Elektronik, so wie Kurzschlüsse zwischen den Phasen, aufheben. Tritt jedoch bei solchen elektrischen Maschinen ein Kurzschluss innerhalb einer Phase auf, so ist die Sternpunktauftrennung in der Regel ungeeignet.

Eine einfachere Lösung zur Trennung von Maschine und Umrichterelektronik stellen Phasentrenner dar, die eine Auftrennung der Verbindung zwischen Umrichter und elektrischer Maschine im Fehlerfall bewirken. Hiermit lassen sich jedoch nur Fehler der Umrichterelektronik berücksichtigen. Kurzschlüsse in der elektrischen Maschine selbst können hiermit nicht behoben bzw. beeinflusst werden. Daher wird für derartige Systeme gefordert, dass diese eigensicher aufgebaut sind.

Für einen eigensicheren Motor werden meistens Ansätze verfolgt, die eine Topologie mit einer Statorwicklung ohne Überlappung der einzelnen Spulen verwenden, also einen Aufbau, bei dem sich die Statorwicklungen nicht überkreuzen. Dies trifft beispielsweise auf eine 3/2-Topologie zu, bei der einem Polpaar im Läufer drei Statornuten gegenüber stehen. Typische Ausführungen solcher elektrischer Maschinen sind die 9/6- oder die 12/8-Varianten (9 bzw. 12 Statorzähne zu 6 bzw. 8 Läuferpolen). Diese Topologien haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr ausgeprägte Drehmomentschwankungen bzw. Rastmomente im unbestrom- ten Zustand aufweisen. Um diese zu reduzieren, müssen teure Zusatzmaßnahmen ergriffen werden, was die Leistungsdichte des Motors reduziert und aufwändig in der Herstellung ist. Insbesondere bei der Topologie von zwölf Statorzähnen und acht Rotorpolen ist es bisher nicht gelungen, einen Antrieb mit ausreichender Drehmomentqualität, d. h. mit geringen Rastmomenten und Oberwellenmomenten im normalen ungestörten Betrieb, zu erreichen.

Auch durch davon abweichende Rotortopologien, wie beispielsweise eine 18/8- Topologie mit 18 Statornuten bzw. Statorzähnen und acht Läuferpolen, können zwar sehr geringe Drehmomentschwankungen erreicht werden, diese weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Maschine eine verteilte Wicklung besitzt. Dabei kreuzen sich im Wickekopf die Spulen verschiedener Phasen und auch in den Nuten liegen teilweise Spulenseiten unterschiedlicher Phasen. Dies erhöht die Gefahr des Auftretens von Kurzschlüssen zwischen verschiedenen Phasen, die zu unzulässig hohen Bremsmomenten führen können. Auch dies ist bei sicherheitskritischen Lenkantrieben in jedem Fall zu vermeiden. Daher eignet sich die 18/8-Topologie nur in Kombination mit einer Sternpunktauftrennung, die zu einem deutlich erhöhten Herstellungsaufwand führt.

Weiterhin sind auch Topologien mit zwölf Statorzähnen und zehn Rotorpolen, beispielsweise aus US 6,597,078 B2 und US 7,034,423 B2, bekannt. Deren im

Vergleich zu der 18/8-Topologie verschlechterte Drehmomentqualität kann durch eine Luftspaltaufweitung, beispielsweise mithilfe eines Sinuspols, kompensiert werden. Jedoch liegen auch bei einer solchen Maschine jeweils zwei Spulenseiten gemeinsam in einer Nut, so dass die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen benachbarten Statorspulen weiterhin besteht.

Eine weitere Möglichkeit zur Senkung des Rastmoments besteht darin, eine Schrägung entweder im Stator oder im Läufer vorzusehen. Bei einer Schrägung weicht der Verlauf des Rotorpols in Bewegungsrichtung der relativen Bewegung zwischen dem Stator und dem Rotor von der achsparallelen Richtung ab. Da eine echte Schrägung schwierig zu realisieren ist, werden üblicherweise Staffelungen des Rotors bzw. des Stators vorgesehen, wie beispielsweise aus der US 6,252,323 B1 , DE 100 16 002 A1 , EP 0 569 594 B1 , DE 103 48 410 A1 und EP 1 447 901 A1 bekannt.

Im Gegensatz zu elektrisch erregten Maschinen ist es bei elektrischen Maschinen, deren Erregerfeld durch Permanentmagneten erzeugt wird, nicht möglich, das magnetische Feld abzuschalten. Dies kann im Fehlerfall, wie beispielsweise bei Kurzschlüssen in der Wicklung, zu erheblichen Bremsmomenten führen, die bei einem Einsatz für Lenkantriebe nicht zulässig sind. Überschreitet das Bremsmoment im Fehlerfall einen bestimmten Betrag, so kommt dies einem Blockieren der Lenkung gleich. Daher ist es für Lenkantriebe erforderlich, elektrische Maschinen einzusetzen, die eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit besitzen und im Fehlerfall nur geringe Bremsmomente bewirken.

Als elektrische Maschinen, die im stromlosen Zustand keinerlei Rastmomente ausüben, sind Homopolarmaschinen bekannt. Diese elektrischen Maschinen stellen jedoch nur eine geringe Leistungsdichte und somit nur ein geringes Drehmoment für den Einsatz einer Lenkunterstützung zur Verfügung. Daher ist bereits aus dem Stand der Technik die Kombination einer Homopolarmaschine mit zusätzlichen Permanentmagneten im Läufer bekannt. So ist aus der Druck- schritt DE 69 406 706 A1 eine Homopolarmaschine mit zusätzlichen auf der Läuferoberfläche montierten Permanentmagneten bekannt. Die Erregerwicklung der Homopolarmaschine liegt dabei über der Statorwicklung zwischen den beiden Statorjochen.

In der Druckschrift EP 07 29 217 ist eine Homopolarmaschine mit im Läufer vergrabenen Magneten mit Flusssperren beschrieben. Die Erregerwicklung befindet sich auf dem Rotor und wird über Schleifringe bestromt.

Die Druckschrift DE 216 51 52 offenbart eine Synchronmaschine mit einem Läufer mit Oberflächenmagneten und mit vergrabenen Magneten. Die Erregerwicklung liegt über der Statorwicklung zwischen den beiden Statorjochen.

Aus den Druckschriften US 550 43 82 A1 und WO 1 999 009 638 A1 sind jeweils Homopolarmaschinen mit am Läufer angeordneten Permanentmagneten bzw. mit einer über der Statorwicklung angeordneten Erregerwicklung bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lenkantrieb für die Lenkung eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, der eine ausreichend hohe Leistungsdichte aufweist, der im Fehlerfall nur ein geringes Bremsmoment ausübt und der mit einem geringen Aufwand aufgebaut werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie durch das Lenksystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine elektrische Maschine, insbesondere zum Einsatz in einem Lenksystem eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen. Die elektrische Maschine umfasst:

- eine erste Teilmaschine mit einem an einer Welle angeordneten ersten Teilrotor, der in radialer Richtung der Welle einem ersten Teilstator gegenüber liegend angeordnet ist; - eine zweite Teilmaschine mit einem an der Welle angeordneten zweiten Teilrotor, der in radialer Richtung der Welle einem zweiten Teilstator gegenüber liegend angeordnet ist;

- eine um die Drehachse der Welle gewickelte Erregerwicklung, die dazu dient, ein Magnetfeld in einem durch die Teilrotoren gebildeten Rotor zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass

die Erregerwicklung zwischen den Teilmaschinen angeordnet ist.

Eine Idee der obigen elektrischen Maschine für Lenkantriebe besteht darin, dass diese als hybriderregte Homopolarmaschine ausgebildet ist und eine geringe Drehmomentwelligkeit und geringe Rastmomente aufweist und so für den Einsatz für Lenkantriebe geeignet ist. Weiterhin hat die obige hybriderregte Homopolarmaschine den Vorteil, dass die Erregerspule im Inneren der elektrischen Maschine angeordnet ist, wodurch die elektrische Maschine mit einem reduzierten Durchmesser ausgebildet werden kann. Dadurch wird die Windungslänge der Erregerspule reduziert, wodurch der Leistungsbedarf zum Erzeugen des Erregermagnetfelds reduziert ist. Weiterhin kann die Geometrie der elektrischen Maschine durch die im Inneren angeordnete Erregerspule verkleinert werden, so dass die elektrische Maschine entweder mit kleinerem Außendurchmesser oder mit größerem Rotordurchmesser aufgebaut werden kann.

Die Maschine weist als Vorteil gegenüber einer rein permanentmagneterregten Maschinen auf, dass im Fehlerfall (z.B. Kurzschlüsse in der Maschine) das magnetische Feld durch die zusätzliche elektrische Erregung reduziert werden kann. Hierdurch ist es möglich die im Fehlerfall auftretenden Bremsmomente zu reduzieren und unter eine kritische Grenze zu bringen. Im Fehlerfall muss der Fahrer in der Lage sein, die volle Lenkkraft aufbringen zu können, und die starr angekuppelte elektrische Maschine darf keine Bremsmomente erzeugen, die zu einer Blockierung der Lenkung führt. Auch muss es dem Fahrer möglich sein, die Lenkkraft inklusive der maximal auftretenden Bremsmomente aufzubringen.

Durch die obige Topologie einer elektrischen Maschine kann das maximal auftretende Bremsmoment im Fehlerfall begrenzt werden und gleichzeitig ein geringer Bauraum erreicht werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Teilrotoren jeweils Permanentmagneten aufweisen, die so angeordnet sind, dass sich das durch die Permanentmag- neten hervorgerufene Magnetfeld dem durch die Erregerwicklung erzeugten Magnetfeld in mindestens einem der Rotorpole additiv oder subtraktiv überlagert.

Insbesondere können die Permanentmagneten in den Teilrotoren in einer Folgepolanordnung angeordnet sein.

Die Teilstatoren können jeweils Statorzähne aufweisen, die so in Richtung des zugeordneten Teilrotors ausgerichtet sind, dass zwischen den Statorzähnen und den Rotorpolen ein Luftspalt ausgebildet ist.

Gemäß einer Ausführungsform können die Teilstatoren über einen magnetischen Rückschluss, insbesondere in Form eines Gehäuses, miteinander verbunden sein.

Weiterhin kann die Erregerwicklung in eine Ausnehmung des durch die Teilrotoren gebildeten Rotors hineinragen oder vollständig darin aufgenommen sein und von einer oder beiden Teilstatoren, insbesondere mit Hilfe einer Halterung, gehalten sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die Erregerwicklung über eine elektrische Verbindung mit mindestens einem der Teilstatoren verbunden ist, um die Erregerwicklung mit elektrischer Energie zu versorgen.

Weiterhin kann zwischen den Teilstatoren ein magnetischer Rückschluss, insbesondere in Form eines Verbindungselementes, zum Verbinden der Teilstatoren angeordnet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Lenksystem mit der obigen elektrischen Maschine vorgesehen, die mit einer Lenkstange verbunden ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figuren 1 a bis 1 d verschiedene Darstellungen einer hybriderregten H

polarmaschine zum Einsatz für einen Lenkantrieb;

Figur 2 eine weitere Variante einer hybriderregten Homopolarmaschine mit einer im Inneren der Statorwicklung angeordneten Erregerspule;

Figur 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren

Ausführungsform einer hybriderregten Homopolarmaschine;

Figuren 4a und 4b die Verdeutlichung eines Verfahrens zur Montage einer

Homopolarmaschine der Figuren 2 und 3;

Figuren 5a und 5b ein Verfahren zum Einsatz des Rotors in die Homopolarmaschine der Figuren 2 und 3;

Figur 6 eine weitere Ausführungsform der Homopolarmaschine mit einer Luftspaltaufweitung der Rotorpole des Rotors; und

Figur 7 eine Querschnittsdarstellung der Rotorkontur der Homopolarmaschine der Figur 6.

Beschreibung von Ausführungsformen

Die Figuren 1 a bis 1 d zeigen verschiedene Ansichten einer Homopolarmaschine zum Einsatz für einen Lenkantrieb. Im Detail zeigen: Figur 1 a eine perspektivische Darstellung der zusammengesetzten Homopolarmaschine 1 ; Figur 1 b eine perspektivische Darstellung der Homopolarmaschine 1 mit getrenntem Stator und Rotor; Figur 1 c eine perspektivische Ansicht eines Kuchenstückausschnitts der Homopolarmaschine; und Figur 1 d eine perspektivische Schnittansicht auf eine achsparallele Schnittebene durch die Homopolarmaschine.

Die Homopolarmaschine 1 der Figuren 1 a bis 1 d umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine kreiszylindrische Statoranordnung 3 vorgesehen ist. Die Statoranordnung 3 umfasst radial nach innen weisende Statorzähne 4, die mit Statorspulen 5 umwickelt sind. Die Statorspulen 5 liegen mit ihren Spulenseiten in zwischen den Statorzähnen 4 befindlichen Statornuten und sind in den Abbildungen schematisch dargestellt, wobei die verschiedenen Schraffuren die Lage von Statorspulen 5 angeben, die verschiedenen Phasen zugeordnet sind.

Im vorliegenden Fall weist die Homopolarmaschine 1 exemplarisch zwölf Statorzähne 4 bzw. zwölf Statornuten auf. In einem durch die nach innen gerichteten Enden der Statorzähne 4 definierten Innenraum befindet sich ein Rotor 6, der drehbeweglich angeordnet ist. Der Rotor 6 umfasst vergrabene Permanentmagneten 7, deren Polrichtungen in radialer Richtung verlaufen.

Wie insbesondere aus den Figuren 1 c und 1 d ersichtlich ist, ist der Stator zweigeteilt und weist einen ersten Teilstator 31 und einen zweiten Teilstator 32 auf. Die beiden Teilstatoren 31 , 32 sind konzentrisch zueinander angeordnet, wobei zwischen ihnen eine ebenfalls konzentrisch angeordnete Erregerspule 10 vorgesehen ist. Die Erregerspule 10 ist konzentrisch zur axialen Richtung um den Rotor 6 gewickelt und weist im Wesentlichen eine radiale Dicke auf, die kleiner oder gleich der Dicke des Stators 3 ist.

Weiterhin ist der Rotor 6 in einen ersten Teilrotor 61 und einen zweiten Teilrotor 62 unterteilt. Die beiden Teilrotoren 61 , 62 weisen eine Folgepolanordnung der Permanentmagneten 7 auf, wobei die Permanentmagneten eines Teilrotors in radialer Richtung die gleiche Polung aufweisen. Die Permanentmagneten 7 sind so zueinander angeordnet, dass einem mit einem Permanentmagneten 7 ausgebildeten Rotorpol ein entsprechender Folgepol des anderen Teilrotors 61 , 62 gegenüber liegt. Im Wesentlichen sind bei dieser Aufbauweise des Rotors 6 alle Permanentmagneten 7 eines Teilrotors 61 , 62 mit der gleichen Polung, d. h. Nordpol oder Südpol nach außen weisend, angeordnet. Die Permanentmagneten des anderen Teilrotors weisen eine dazu entgegengesetzte Polung (d.h. Südpol oder Nordpol) auf. Alternativ können auch andere Anordnungen von Permanentmagneten vorgesehen sein. Die Anordnung der Permanentmagnete in den Teilrotoren kann einer Folgepolanordnung entsprechen. Die beiden Teilrotoren 61 , 62 sind durch einen Zwischenspalt 9 voneinander getrennt und lediglich über eine Welle 8, auf die sie das Antriebsmoment übertra- gen sollen, miteinander verbunden. Der Zwischenspalt 9 zwischen den Teilrotoren 61 , 62 weist in axialer Richtung etwa die gleiche Breite auf wie die Breite der Erregerspule 10 in axialer Richtung. Die Erregerspule 10 zwischen den Teilstatoren 31 , 32 dient dazu, ein gleichförmiges Magnetfeld zu erzeugen, das in achsparalleler Richtung durch die Welle 8 verläuft und, da die Permanentmagneten 7 einen hohen magnetischen Widerstand aufweisen, durch die Folgepole in radialer Richtung in Richtung der Statorzähne 4 gelenkt wird. Um einen magnetischen Rückschluss für das elektrisch er- zeugte Erregermagnetfeld zu erreichen, kann das Gehäuse 2 vorzugsweise magnetisch leitfähig ausgebildet sein.

Die Erregerspule 10 kann mithilfe eines Reglers angesteuert werden, der Erregerströme im Bereich zwischen Null und einem Maximalwert ermöglicht. Weist der Regler weiterhin eine H-Brücke zum Steuern des Erregerstroms auf, so sind dagegen ebenfalls negative Erregerströme möglich. Dies ermöglicht es, das Bremsmoment noch weiter zu senken.

Grundsätzlich sind auch andere Topologien der Homopolarmaschine 1 möglich, die eine von der obigen Anzahl abweichende Anzahl von Statorzähnen bzw. eine abweichende Anzahl von Rotorpolen aufweisen. Um Taumelmomente zu vermeiden, ist es jedoch sinnvoll, dass die Anordnung der Permanentmagneten 7 im Rotor 6 gemäß einer Folgepolanordnung vorgesehen ist, da ansonsten Kippmomente in der Maschine entstehen können oder sich ein unsymmetrisches Span- nungssystem ergeben kann. Zusätzlich sind Topologien mit 18 Statorzähnen und

10 Rotorpolen sowie mit 12 Statorzähnen und 10 Rotorpolen, die sich insbesondere zum Bewickeln mit einer Einzelzahnwicklung eignen, hervorzuheben.

Ein Nachteil der außerhalb der Statorwicklung angeordneten Erregerspule 10 besteht darin, dass dafür ein magnetisches Gehäuse für den magnetischen

Rückschluss erforderlich ist, da die Erregerspule 10 die Statoranordnung in die Teilstatoren 31 , 32 unterteilt. Zusätzlich müssen die Statorjoche der

Teilstatoren 31 , 32 entsprechend der Dicke der Erregerspule 10 in radialer Richtung stärker dimensioniert werden als es eigentlich für den magnetischen Rückschluss für die Statorspulen 5 erforderlich wäre. Dadurch wird der

Durchmesser der elektrischen Maschine vergrößert. Auch ist bei den bekannten Konstruktionen die Windungslänge der Erregerspule 10 lang, was zu einem höheren Leistungsbedarf der Erregung führt.

In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform der hybriderregten

Homopolarmaschine 1 dargestellt, bei der eine Erregerspule 14 im Inneren der

Statoranordnung und in dem Zwischenspalt 9 zwischen die Teilrotoren 61 , 62 angeordnet ist. Mit anderen Worten befindet sich die Erregerspule 14 innerhalb des von dem Außenumfang des Rotors begrenzten Bereichs. Dadurch kann der Durchmesser der Statoranordnung geringer dimensioniert werden, da der magnetische Rückschluss nun zwischen den Teilstatoren 31 , 32 vorgesehen werden kann. Folglich kann der Durchmesser der elektrischen Maschine insgesamt verringert werden. Im Gegensatz zu bekannten Homopolarmaschinen ist die Erregerspule nicht auf den Rotor gewickelt oder mit diesem verbunden, so dass sie auch nicht über Schleifringe bestromt werden muss.

Um den magnetischen Rückschluss zu gewährleisten, ist ein Verbindungselement 12 vorgesehen, das im Wesentlichen die beiden Teilstatoren 31 , 32 miteinander verbindet. Gleichzeitig umfasst das Verbindungselement 12 Halteelemente 13, die auch entsprechende Stromleiter tragen oder darstellen, um die Erre- gerspule 14 zu bestromen und zwischen den Teilrotoren 61 , 62 zu fixieren.

In Figur 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform gezeigt, die getrennte Statorwicklungen der Teilstatoren 31 , 32 aufweist. Im Wesentlichen entspricht die Querschnittsdarstellung der Figur 3 der Homopolarmaschine der Figur 2, bis auf den Unterschied, dass jeder der Statorzähne 4 der Teilstatoren 31 , 32 mit einer separaten Wicklung versehen ist, d. h. jede Statorspule 5 ist nur auf dem ersten Teilstator 31 oder dem zweiten Teilstator 32 angeordnet und nicht übergreifend ausgebildet. Dadurch ist es möglich, dass die beiden Teilstatoren 31 , 32 als separate, bereits bewickelte Bauelemente hergestellt werden können und das Verbindungselement 12 mit der entsprechenden Halterung 13 und der Erregerspule 14 ebenfalls als separates Element hergestellt werden kann. Der Ablauf des Zusammenbaus der einzelnen Bauelemente ist in den Figuren 4a und 4b dargestellt. In diesem Fall lässt sich durch Aufeinandersetzen der Teilstatoren 31 , 32 mit den dazwi- sehen liegenden Komponenten die gesamte Statoranordnung für die Homopolarmaschine in einfacher Weise aufbauen.

Da die Erregerspule 14 nun in den durch die Enden der Statorzähne definierten Innenraum hineinragt, kann der aus den Teilrotoren 61 , 62 zusammengesetzte

Rotor 6 nicht fertig vormontiert werden, bevor er in die Statoranordnung eingesetzt wird. Die Figuren 5a und 5b veranschaulichen das Einsetzen des zweiteiligen Rotors 6 mit den beiden Rotorteilen 61 , 62 in die Statoranordnung der Figur 4b. Vor dem Einsetzen in die Statoranordnung wird der Rotor 6 zweiteilig an einer Rotorwelle 15 vorgesehen, die im Wesentlichen der Welle 8 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen entspricht.

Die Rotorwelle 15 wird mit dem ersten Teilrotor 61 versehen, so dass der Teilrotor 61 unmittelbar an einem dem Zwischenspalt 9 zugeordneten Wellenabschnitt 16 anliegt. D.h. der Wellenabschnitt 16 liegt im eingesetzten Zustand des Rotors 6 in einer gemeinsamen, senkrecht zu der axialen Richtung verlaufenden Ebene der Der Wellenabschnitt 16 weist einen Durchmesser auf, der nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Erregerspule 14, so dass der Innenrand der Erregerspule 14 nicht an dem Wellenabschnitt 16 anliegt.

An einem bezüglich des Wellenabschnitts 16 gegenüber dem ersten Teilrotor 61 liegenden Abschnitt der Rotorwelle 15 ist diese mit einem Durchmesser versehen, der einem Innendurchmesser des zweiten Teilrotors 62 entspricht, so dass der zweite Teilrotor 62 auf die Rotorwelle 15 aufgesetzt werden kann. Beim Zusammenbau der Homopolarmaschine wird nun die Rotorwelle 15 mit dem ersten Teilrotor 61 versehen und anschließend von einer Seite in axialer Richtung in den Innenbereich der Statoranordnung eingeschoben, bis der Wellenabschnitt 16 innerhalb des von der Erregerspule 14 umgebenen Bereichs zu liegen kommt. Dies ist dann gewährleistet, wenn der erste Teilrotor 61 mit einer Stirnseite an die Erregerspule 14 anschlägt.

Anschließend wird der zweite Teilrotor 62 von der gegenüber liegenden Öffnung der Statoranordnung eingeschoben, so dass dieser auf dem entsprechenden Abschnitt der Rotorwelle 15 aufgesetzt wird. Dabei ist durch geeignete Maßnahmen zu beachten, dass die beiden Teilrotoren 61 , 62 so zueinander versetzt sind, dass sich in axialer Richtung ein Folgepol und ein mit einem Permanentmagne- ten ausgebildeter Pol in axialer Richtung gegenüber liegen. Der Versatz der Teilrotoren sollte vorzugsweise 3607Anzahl der Rotorpole entsprechen. Der Versatz zwischen den Teilrotoren kann alternativ auch um einen bestimmten Betrag von diesem Winkel abweichen, um die Rastmomente der beiden Teilmaschinen so gegeneinander zu versetzen, dass es teilweise zu einer Momentenauslöschung kommt.

Gemäß einer Ausführungsform kann sich selbstverständlich die Anzahl der Rotorpole der Teilrotoren voneinander unterscheiden. Auch bei getrennt bewickelten Teilstatoren ist es grundsätzlich möglich, diese mit unterschiedlicher Anzahl von Statorzähnen auszubilden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Rotorpole keine zylindrische Mantelfläche aufweisen, sondern als Sinuspole ausgebildet sind bzw. zu den Polkanten hin mit einer Luftspaltaufweitung versehen sind. Dies ist in Figur 6 als eine weitere Ausführungsform und schematisch in Figur 7 gezeigt. Die Luftspaltaufweitung ermöglicht einen weicheren Feldübergang an den Polkanten, der zu geringeren Oberwellen und Drehmomentschwankungen führt. Weiterhin lassen sich damit auch die magnetischen Geräuschanregungen der Maschine reduzieren.