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 (A _ges ) 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 A _ges 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