DE102005046849A1

DE102005046849A1 - Lageranordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein elektrisches Getriebe eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102005046849A1
Application number: DE102005046849A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. May; Panagiotis Prof. Dr. Adamis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) für eine elektrische Maschine (2), insbesondere für ein elektrisches Getriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem einen Rotor-Aufnahmeraum (4) aufweisenden Bauteil (7), insbesondere einer Gehäuseschale, in der ein einem Stator zugeordneter Rotor (3) gelagert ist, wobei der Rotor (3) in Radialrichtung gesehen mit einem Rotor-Mantelbereich (8) einen vorgegebenen Radialspaltabstand zu einem den Rotor-Mantelbereich (8) radial umgebenden Innenwandbereich (11) aufweist und wobei im Radialspalt (5) zwischen dem Rotor-Mantelbereich (8) und dem radialen Innenwandbereich (11) wenigstens ein Radiallager als radiales Notlauflager (13) angeordnet ist. Weiter ist alternativ oder zusätzlich zwischen dem Rotor (3) und dem diesen umgebenden Innenwandbereich (11, 12) ein Luftlager (16) ausgebildet, wobei der Rotor (3) wenigstens einen Rotorstirnseitenbereich (10) aufweist, der in Axialrichtung gesehen einen vorgegebenen Axialspaltabstand zu einem dem Rotorstirnseitenbereich (10) zugeordneten axialen Innenwandbereich (12) aufweist, dergestalt, dass im Axialspalt (6) zwischen dem axialen Innenwandbereich (12) und dem Rotorstirnseitenbereich (10) wenigstens ein Axiallager als axiales, weiteres Notlauflager (15) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein elektrisches Getriebe eines Kraftfahrzeuges, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Lageranordnungen für elektrische Getriebe eines Kraftfahrzeuges sind allgemein bekannt, so z. B. aus der gattungsbildenden DE 101 63 226 A1 , bei dem in einem Getriebegehäuse als wesentliche Komponenten der Getriebeeinheit eine Getriebeachse, ein Antriebsrotor, ein Abtriebsrotor, eine Statoraufnahme und ein Stator angeordnet sind. Ein derartiges Getriebe ist in einem Kraftfahrzeug z. B. zwischen einem Verbrennungsmotor und den Antriebsachsen der Antriebsräder angeordnet, wobei mittels der Getriebeeinheit ein von dem Verbrennungsmotor eingeleitetes Drehmoment zunächst in ein elektromagnetisches Feld umgesetzt und dieses Feld dann zum Antrieb des Abtriebrotors verwendet wird, der mit den Antriebsachsen der Antriebsräder verbunden ist. Ein elektrisches Getriebe ist auch aus der DE 100 02 616 A1 bekannt. Bei derartigen elektrischen Getrieben für Kraftfahrzeugen besteht die Gefahr, dass es aufgrund von Rotorschwingungen zu einer Anlage des Rotors an den umgebenden Stator- bzw. Gehäusebereichen kommen kann, was wiederum gegebenenfalls zu einer Beschädigung der jeweiligen Bauteile führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lageranordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein elektrisches Getriebe eines Kraftfahrzeuges, zu schaffen, mittels der die Funktionssicherheit im Betrieb, insbesondere im Hinblick auf eventuelle auftretende Rotorschwingungen erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Rotor in Radialrichtung gesehen mit einem Rotor-Mantelbereich einen vorgegebenen Radialspaltabstand zu einem dem Rotor-Mantelbereich radial umgebenden Innenwandbereich aufweist und im Radialspalt zwischen dem Rotor-Mantelbereich und dem radialen Innenwandbereich wenigstens ein Radiallager als radiales Notlauflager angeordnet ist. Alternativ dazu oder bevorzugt zusätzlich dazu weist der wenigstens eine Rotor, bzw. eine Rotoranordnung mit mehreren Rotoren, zudem wenigstens einen Rotorstirnseitenbereich aufweist, der in Axialrichtung gesehen einen vorgegeben Axialspaltabstand zu einem dem Rotorstirnseitenbereich zugeordneten axialen Innenwandbereich aufweist, wobei im Axialspalt zwischen dem axialen Innenwandbereich und dem Rotorstirnseitenbereich wenigstens ein Axiallager als axiales Notlauflager angeordnet ist.

Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Lageranordnung kann sowohl in Radial- als auch in Axialrichtung, besonders bevorzugt in beiden Richtungen eine besonders einfache und vorteilhafte Abstütz- und Notlaufmöglichkeit für durch z. B. Rotorschwingungen auftretende Rotorverformungen zur Verfügung gestellt werden, mit denen zuverlässig und sicher die Beschädigung des angrenzenden Bauteils, insbesondere einer umgebenden Gehäuseschale oder aber auch eines Stators vermieden werden kann. Die Axial- und Radiallager können dabei zudem auch ganz oder teilweise die auftretenden Radial- bzw. Axialkräfte abstützen. Ein derartiger Aufbau ist insbesondere in Verbindung mit einer bevorzugt vorgesehenen Luftlagerung von besonderem Vorteil, da die Tragfähigkeit von Luftlagern im Allgemeinen geringer ist als bei hydrodynamischen Lagern. Einweiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus besteht darin, dass durch die erfindungsgemäße Lageranordnung auch der Luftspalt des Luftlagers selbst reduziert werden kann, da durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Axial- und Radiallager eine hervorragende Stabilisierung des Rotors möglich ist. Neben der Stabilisierung, d. h. eines verbesserten Rundlaufes kann mit einer derartigen Lageranordnung zudem auch eine hervorragende Schwingungsdämpfung bewirkt werden, was zu einer deutlichen Verbesserung der akustischen Eigenschaften der elektrischen Maschine führt, wodurch sich wiederum eine höhere Leistungsfähigkeit der Maschine erzielen lässt.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, die elektrische Maschine aufzubauen, so z. B. mit einem den Rotor umgebenden, ortsfesten Stator. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der der Rotor und eine Gehäuseschale als einen Rotor-Aufnahmeraum ausbildendes Bauteil jeweils eine zur Ausbildung eines vorgegebenen Radialspaltes und Axialspaltes aneinander angepasste Topfform aufweisen, so dass der Rotor in dem Rotor-Aufnahmeraum der Gehäuseschale und der Stator in einem Stator-Aufnahmeraum des Rotors aufgenommen ist. Je nach konkretem Aufbau und Einsatzzweck kann ein derartiger topfförmiger Aufbau auf der die Aufnahmeraumöffnung aufweisenden Seite auch mit einer Deckelanordnung verschlossen und damit der Innenraum abgekapselt sein. Grundsätzlich bestünde hier auch die Möglichkeit, in Axialrichtung gesehen zwei Rotorstirnseitenbereiche auszubilden, so dass in einem derartigen Fall der Rotor auf beiden gegenüberliegenden Axialseiten als Rotorstirnseiten mit einer erfindungsgemäßen Lageranordnung abgestützt und gelagert ist. Alternativ dazu können sich an einen derartigen topfförmigen und nicht abgekapselten Aufbau auch andere Bauteile anschließen, z. B. Bauteile einer elektrischen Getriebeanordnung.

Bevorzugt schließt sich der Rotorstirnseitenbereich unmittelbar an den Rotor-Mantelbereich an, wobei im mittleren, zentralen Rotorstirnseitenbereich eine Nabenöffnung des Rotors ausgebildet ist. Im Bereich dieser Nabenöffnung ist der Rotor z. B. mittels einer Kugellagerung in herkömmlicher Weise auf einer Welle gelagert. Alternativ dazu ist jedoch auch in diesem zentralen Bereich die Ausbildung eines Lagerzapfens möglich, der über Kugellager in einer statorseitigen Aufnahme gelagert ist. Damit wird ein insgesamt kompakter Aufbau der elektrischen Maschine möglich.

Das axiale Notlauflager kann grundsätzlich durch wenigstens einen im Axialspalt vorzugsweise konzentrisch zur Rotordrehachse angeordneten Lagerring ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das axiale Notlauflager aber auch durch mehrere im Axialspalt beabstandet voneinander angeordnete Axiallagerteilbereiche gebildet werden.

Die axialen und/oder radialen Notlauflager sind bevorzugt an den den Rotoraußenflächen zugewandten Innenwandbereichen des umgebenden Bauteils, insbesondere der Gehäuseschale angeordnet, und zwar in bzw. an entsprechenden Aufnahmebereichen, die z. B. durch Aufnahmenuten ausgebildet sein können. Derartige Aufnahmebereiche lassen sich insbesondere in Gehäuseschalen sehr einfach ausbilden und bewirken eine funktionssichere und positionsgenaue Halterung der jeweiligen Notlauflager.

Die radialen Notlauflager selbst können z. B. durch mehrere voneinander beabstandete und in Radialrichtung umlaufende Radiallagerringe oder Radiallagerringabschnitte gebildet sein.

Das radiale und/oder axiale Notlauflager weist im montierten Grundzustand und/oder im Normalbetriebszustand der elektrischen Maschine einen vorgegebenen Lagerspaltabstand zum zugeordneten Rotorbereich auf, wobei als Lagerspaltabstand vorzugsweise ein Nullspalt vorgegeben ist, sodass das radiale und/oder axiale Notlauflager dauerhaft in einer Anlageverbindung am zugeordneten Rotorbereich anliegt und diesen abstützt. Grundsätzlich kann jedoch auch zwischen den Notlauflagern und dem jeweils zugeordneten Rotorbereich ein vorgegebener Mindestspaltabstand vorgesehen sein, so dass der Rotor nur dann an den jeweils zugeordneten Notlauflagern in eine Reib- und Anlageverbindung gelangt, wenn z. B. die im Luftspalt angeordnete Luftmenge keine vorgegebenen Luftlagereigenschaften mehr aufweist. bzw. die Rotorverformungen, z. B. durch Rotorschwingungen so groß werden, dass der Spaltabstand überbrückt wird.

Für besonders hervorragende Notlaufeigenschaften sind die Notlauflager aus einem Keramikmaterial hergestellt. Gegebenenfalls können diese Notlauflager auf der zum Rotor weisenden Seite auch, eine Rillenkontur oder andere Struktur aufweisen, wodurch z. B. eine definierte Krafteinleitung möglich ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Spaltabstand zwischen Rotor und z. B. Gehäuseschalen-Innenwand als den Rotor in einem Rotor-Aufnahmeraum aufweisendem Bauteil so bemessen, dass Umgebungsluft zur Ausbildung der Luftlagerung in den Radial- und Axialspalt angesaugt werden kann.

Besonders bevorzugt ist eine derartige Lageranordnung Bestandteil eines elektrischen Getriebes mit einem Antriebsrotor und einem Abtriebsrotor sowie einer Statoraufnahme mit Stator als Statoranordnung, d. h. mit einem Aufbau entsprechend der gattungsbildenden DE 101 63 226 A1 , deren Inhalt in Bezug auf die generelle Getriebeauslegung ausdrücklich auch zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Insbesondere in Verbindung mit einem elektrischen Getriebe für Kraftfahrzeuge kommt einer derartigen erfindungsgemäßen Lageranordnung eine besondere Bedeutung zu, da in einem Kraftfahrzeug sehr hohe Kräfte auftreten, die eine funktionssichere Abstützung der einzelnen Bauteile mit einem optimierten Kraftfluss erforderlich machen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt lediglich schematisch eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 1 für ein hier lediglich ausschnittsweise dargestelltes elektrisches Getriebe 2, bei der ein drehbar gelagerter Rotor 3 in einem Rotor-Aufnahmeraum 4 einer ortsfesten Gehäuseschale 7 aufgenommen ist. Der Rotor 3 weist in Radialrichtung gesehen einen Rotor-Mantelbereich 8 auf, an dem sich im Bereich einer Nabenöffnung 9 ein Rotorstirnseitenbereich 10 anschließt. Zwischen dem Rotor-Mantelbereich 8 und einen diesem zugeordneten radialen Gehäuseschalen-Sinnenwandbereich 11 ist ein einen vorgegebenen radialen Spaltabstand aufweisender Radialspalt 5 vorgesehen und zwischen dem Rotorstirnseitenbereich 10 und einem diesem zugeordneten axialen Gehäuseschalen-Innenwandbereich 12 ist ebenfalls ein einen vorgegebenen axialen Spaltabstand aufweisender Axialspalt 6 ausgebildet.
Der Radialspalt 5 ist hier so bemessen, dass zur Ausbildung eines Luftlagers 16 zwischen der Gehäuseschale 7 und dem Rotor 3 Umgebungsluft aus der Umgebung angesaugt werden kann.
Um im Falle von z. B. schwingungsbedingten Rotorverformungen eine geeignete radiale und axiale Abstützung des Rotors 3 für dessen funktionssicheren Umlauf zu gewährleisten, ist im Bereich des Radialspaltes 5 ein radial umlaufender Radiallagerring 13 und im Bereich des Axialspaltes 6 ein konzentrisch um eine Rotordrehachse 14 umlaufender Axiallagerring 15 vorgesehen. Sowohl der Radiallagerring 13 als auch der Axiallagerring 15 sind jeweils aus einem Keramikmaterial hergestellt und in entsprechenden, hier nicht dargestellten Aufnahmenuten der Gehäuseschalen-Innenwandbereiche 11, 12 angeordnet. Wie dies der 1 weiter entnommen werden kann, liegen sowohl der Radiallagerring 13 als auch der Axiallagerring 15 in ihrem Grundzustand direkt an dem jeweils zugeordneten Rotor-Mantelbereich 8 bzw. Rotorstirnseitenbereich 10 an.

1: Lageranordnung
2: elektrisches Getriebe
3: Rotor
4: Rotor-Aufnahmeraum
5: Radialspalt
6: Axialspalt
7: Gehäuseschale
8: Rotor-Mantelbereich
9: Nabenöffnung
10: Rotorstirnseitenbereich
11: radialer Gehäuseschalen-Innenwandbereich
12: axialer Gehäuseschalen-Innenwandbereich
13: Radiallagerring
14: Rotordrehachse
15: Axiallagerring
16: Luftlager

Claims

Lageranordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für ein elektrisches Getriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem einen Rotor-Aufnahmeraum aufweisenden Bauteil, insbesondere einer Gehäuseschale, in der wenigstens ein einer Statoranordnung zugeordneter Rotor drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Rotor (3) in Radialrichtung gesehen mit einem Rotor-Mantelbereich (8) einen vorgegebenen Radialspaltabstand zu einem den Rotor-Mantelbereich (8) radial umgebenden Innenwandbereich (11) aufweist und im Radialspalt (5) zwischen dem Rotor-Mantelbereich (8) und dem radialen Innenwandbereich (11) wenigstens ein Radiallager (13) als radiales Notlauflager angeordnet ist, und/oder dass der wenigstens eine Rotor (3) oder eine Rotoranordnung mit mehreren Rotoren wenigstens einen Rotorstirnseitenbereich (10) aufweist, der in Axialrichtung gesehen einen vorgegebenen Axialspaltabstand zu einem dem Rotorstirnseitenbereich (10) zugeordneten axialen Innenwandbereich (12) aufweist und im Axialspalt (6) zwischen dem axialen Innenwandbereich (12) und dem Rotorstirnseitenbereich (10) wenigstens ein Axiallager als axiales Notlauflager (15) angeordnet ist.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen Rotor (3) und dem diesen umgebenden Innenwandbereich (11, 12) ein Luftlager (16) ausgebildet ist,
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Rotor (3) in einer ein- oder mehrteiligen Gehäuseschale (7) als einen Rotor-Aufnahmeraum (4) ausbildendes Bauteil aufgenommen ist, und dass der wenigstens eine Rotor (3) topfförmig mit einem Stator-Aufnahmeraum ausgebildet ist, in dem im montierten Zustand die Statoranordnung aufgenommen ist.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der jeweilige Rotorstirnseitenbereich (10) unmittelbar an den Rotor-Mantelbereich (8) des Rotors (3) anschließt, und dass im mittleren, zentralen Rotorstirnseitenbereich (10) eine Nabenöffnung (9) des Rotors (3) ausgebildet ist.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Notlauflager (15) durch einen im Axialspalt (6) vorzugsweise konzentrisch zur Rotordrehachse angeordneten Lagerring ausgebildet ist.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Notlauflager durch mehrere im Axialspalt beabstandet voneinander angeordnete Axiallagerteilbereiche gebildet ist.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Notlauflager (13, 15) an Innenwandbereichen (11, 12) in bzw. an entsprechenden Aufnahmebereichen, insbesondere Aufnahmenuten, angeordnet sind.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale und/oder axiale Notlauflager (13, 15) im montierten Grundzustand und/oder im Normalbetriebszustand der elektrischen Maschine (2) einen vorgegebenen Lagerspaltabstand zum zugeordneten Rotorbereich aufweist.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Lagerspaltabstand ein Nullspalt vorgegeben ist dergestalt, dass das radiale und/oder axiale Notlauflager (13, 15) dauerhaft in einer Anlageverbindung am zugeordneten Rotorbereich anliegt und diesen abstützt.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Notlauflager (13) durch wenigstens einen in Radialrichtung umlaufenden Radiallagerring oder. mehrere in Radial- und Axialrichtung voneinander beabstandete Radiallagerringabschnitte gebildet ist.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Notlauflager (13, 15) aus einem Keramikmaterial hergestellt sind.
Lageranordnung für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltabstand zwischen Rotor und Gehäuseschalen-Innenwand (11, 12) so bemessen ist, dass Umgebungsluft zur Ausbildung der Luftlagerung (16) in den Radial- und Axialspalt (5, 6) angesaugt wird.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine ein elektrisches Getriebe mit einem Antriebrotor und einem Abtriebsrotor sowie einer Statoraufnahme mit Stator als Statoranordnung ist.