DE102012205754A1

DE102012205754A1 - Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102012205754A1
Application number: DE102012205754A
Authority: DE
Inventors: Michael Bulatow
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-10-10
Also published as: WO2013153064A3; US20150069862A1; EP2837084A2; US9768658B2; WO2013153064A2; CN104247226A

Abstract

Offenbart wird ein Gehäuse (7) für eine rotierende elektrische Maschine (1), das folgendes aufweist: – ein Gehäuse-Innenteil (10), das einen Stator (3) und einen Rotor (2) der rotierenden elektrischen Maschine (1) umschließt und das aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist; – ein Gehäuse-Außenteil (14), das das Gehäuse-Innenteil (10) zumindest teilweise umgibt und das aus einem Kunststoff ausgebildet ist; – zumindest eine Schnittstelle zwischen dem Gehäuse-Außenteil (14) und dem Gehäuse-Innenteil (10), an der das Gehäuse-Außenteil (14) mit dem Gehäuse-Innenteil (10) mechanisch verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine, insbesondere für einen Elektromotor oder einen Generator. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine mit dem oben genannten Gehäuse beschrieben.
In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend Elektromotoren verbaut. Sie werden dabei insbesondere als im Antriebsstrang vollintegrierte Antriebsmotoren oder in Hybridanwendungen beispielsweise als Startergeneratoren eingesetzt. Dabei kommen sowohl fremd- oder permanenterregte Synchronmaschinen als auch Asynchronmaschinen zum Einsatz.
Insbesondere kommen auch Innenläufer-Motoren bis ca. 20 kW zum Einsatz. Die Gehäuse derartiger Motoren werden häufig kühlmittelgekühlt ausgeführt. Ein derartiges Gehäuse ist beispielsweise aus der DE 10 2009 031 467 A1 bekannt.
In der Regel hat das Gehäuse mehrere Funktionen: Es soll die im Betrieb entstehenden Kräfte bzw. das Drehmoment abstützen, es kann einen Kühlmittelmantel zur Kühlung des Motors bilden und es kann eine Möglichkeit zur Befestigung anderer Motorraum-Aggregate anbieten. Zur Erfüllung dieser Funktionen und aus Gründen des EMV-Schutzes werden Motorgehäuse aus Metall gefertigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine anzugeben, das die genannten Funktionen erfüllen kann, darüberhinaus aber auch besonders leicht ist. Weiter soll ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem derartigen Gehäuse angegeben werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine angegeben, das ein Gehäuse-Innenteil aufweist, das einen Stator und einen Rotor der rotierenden elektrischen Maschine umschließt, wobei das Gehäuse-Innenteil im Wesentlichen aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist. „Im Wesentlichen aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet“ bedeutet, dass das Gehäuse-Innenteil größtenteils bzw. im überwiegenden Anteil ein Metall oder eine Metalllegierung enthält. Mit anderen Worten, das Basismaterial des Gehäuse-Innenteils ist ein Metall oder eine Metalllegierung. Es kann damit auch möglich, dass das Gehäuse-Innenteil einen geringen Anteil an nichtmetallisches Material enthält z. B. durch Verunreinigung im Herstellungsprozess.
Das Gehäuse weist ferner ein Gehäuse-Außenteil auf, das das Gehäuse-Innenteil zumindest teilweise umgibt, und das im Wesentlichen aus einem stabilen Kunststoff ausgebildet ist. „Im Wesentlichen aus einem Kunststoff ausgebildet“ bedeutet, dass das Gehäuse-Außenteil größtenteils bzw. im überwiegenden Anteil einen Kunststoff enthält. Mit anderen Worten, das Basismaterial des Gehäuse-Außenteil ist ein Kunststoff. Es kann damit auch möglich, dass das Gehäuse-Außenteil einen geringen Anteil an metallisches Material enthält z. B. durch Verunreinigung im Herstellungsprozess oder als metallische Komponenten des Gehäuse-Außenteils wie Verstärkungselemente, EMV-Folien oder Kühlmittelanschlüsse.
Es ist zumindest eine Schnittstelle zwischen dem Gehäuse-Außenteil und dem Gehäuse-Innenteil vorgesehen, an der das Gehäuse-Außenteil mit dem Gehäuse-Innenteil mechanisch verbunden ist. Über die Schnittstelle werden Kräfte, die von dem Rotor auf das Gehäuse-Innenteil übertragen wurden, auf das Gehäuse-Außenteil übertragen.
Es wird hier und im Folgenden demnach mit dem Begriff „Gehäuse“ das gesamte Gehäuse bezeichnet, das sich in das Gehäuse-Innenteil und das Gehäuse-Außenteil gliedert.
Ein derartiges Gehäuse hat den Vorteil, dass es einerseits ausreichend stabil ist, um das im Betrieb entstehende Drehmoment abzustützen, andererseits auch besonders leicht ist. Das Gehäuse-Außenteil aus Kunststoff kann verschiedene Aufgaben übernehmen, die üblicherweise ein vollständig aus Metall ausgebildetes Gehäuse erfüllt. Das Gehäuse kann einen Mantel für eine Kühlung der Maschine zur Verfügung stellen. Es ist einfach aufgebaut und einfach herstellbar. Da das Gehäuse teilweise aus Kunststoff ausgebildet ist, verringert sich insgesamt das Gewicht der rotierenden elektrischen Maschine. Zudem wirkt das Gehäuse-Außenteil aus Kunststoff geräuschdämpfend. Zudem ist auch ein EMV-Schutz gewährleistet, da das Gehäuse-Innenteil aus Metall ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform ist das Gehäuse-Innenteil im Wesentlichen zylindrisch mit einem Mantel und einem Boden ausgebildet. Das Gehäuse-Außenteil ist als Zylindermantel ausgebildet, der den Mantel des Gehäuse-Innenteils umgibt. Also weist das Gehäuse-Innenteil eine erste zylinderförmige Wand und einen Boden auf und weist das Gehäuse-Außenteil eine zweite zylinderförmige Wand auf, wobei die zweite zylinderförmige Wand des Gehäuse-Außenteils die erste zylinderförmige Wand des Gehäuse-Innenteils umgibt.
In einer Ausführungsform ist zwischen dem Gehäuse-Außenteil und dem Gehäuse-Innenteil zumindest ein Hohlraum zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist der Kühlmantel zwischen dem Gehäuse-Außenteil und dem Gehäuse-Innenteil gebildet. Dabei ist der Hohlraum zwischen der ersten zylinderförmigen Wand des Gehäuse-Innenteils und der zweiten zylinderförmigen Wand des Gehäuse-Außenteils ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Schnittstelle zwischen dem Gehäuse-Außenteil und dem Gehäuse-Innenteil als Flansch ausgebildet. Die mechanische Verbindung zwischen Gehäuse-Innenteil und Gehäuse-Außenteil erfolgt bei dieser Ausführungsform mittels Flanschschrauben.
Gemäß einer Ausführungsform sind an der Schnittstelle das Gehäuse-Innenteil, das Gehäuse-Außenteil und ein Lagerschild miteinander verbunden. An der Schnittstelle erfolgt eine Übertragung des im Betrieb entstehenden Drehmoments vom Statorblechpaket auf das Gehäuse-Innenteil und über den Flansch auf das Gehäuse-Außenteil. Ein einfacher Aufbau des Flansches ist ein sogenannter „Sandwich-Aufbau“. Dabei sind die drei kräfteübertragenden Elemente bei der Montage mithilfe von beispielsweise Schrauben zusammengeführt. Es ist auch möglich, die zu verbindenden Teile beispielsweise zu verstemmen oder zu vernieten. Dadurch wird das Drehmoment auf die Flanschschrauben verteilt und anschließend auf die Gehäusebefestigungselemente übertragen.
Die axiale Position des Flanschbereichs kann bauraumabhängig gewählt werden. Dabei kann die Position so gewählt werden, dass der Abstand zwischen Flansch und Befestigungselementen des Gehäuses möglichst gering ist, um die Hebelwirkung möglichst gering zu halten. Dazu wäre es optimal, den Flansch auf einer Höhe mit den Befestigungselementen des Gehäuses zu platzieren.
Das Gehäuse-Innenteil kann vorteilhafterweise eine Metalllegierung aufweisen, die Eisen, Chrom und Nickel enthält, wobei Chrom in einem Gewichtsprozent von 18 bis 19 und Nickel in einem Gewichtsprozent von 12 bis 13 enthalten sind. Insbesondere kann die Metalllegierung eine Legierungszusammensetzung Fe_RestCr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h aufweisen, worin a, b, c, d, e, f, g und h in Gewichtsprozent angegeben sind und 18 ≤ a ≤ 19; 12 ≤ b ≤ 13; 0 ≤ c ≤ 1,4; 0 ≤ d ≤ 0,055; 0 ≤ e ≤ 0,6; 0 ≤ f ≤ 0,04; 0 ≤ g ≤ 0,008 und 0 ≤ h ≤ 0,1 gilt.
Gegenüber bekannten nicht rostenden Stählen, beispielsweise den Stählen 1.4301 und 1.4303, weist dieses Material einen besonders hohen Anteil an Chrom und Nickel auf. Es hat sich gezeigt, dass Werkstücke aus diesem Stahl auch nach dem Umformen, Stanzen oder Schneiden unmagnetisierbar bleiben. Wirbelstromverluste in dem Gehäuse werden somit reduziert.
Alternativ kann jedoch auch ein einfacher, kostengünstiger Stahl gegebenenfalls mit nichtrostender Oberfläche verwendet werden. Auch Aluminium oder Sinterwerkstoffe sind für das Gehäuse-Innenteil einsetzbar.
Auch das Lagerschild kann vorteilhafterweise eine Metalllegierung aufweisen, die Eisen, Chrom und Nickel enthält, wobei Chrom in einem Gewichtsprozent von 18 bis 19 und Nickel in einem Gewichtsprozent von 12 bis 13 enthalten sind. Insbesondere kann die Metalllegierung eine Legierungszusammensetzung Fe_RestCr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h aufweisen, worin a, b, c, d, e, f, g und h in Gewichtsprozent angegeben sind und 18 ≤ a ≤ 19; 12 ≤ b ≤ 13; 0 ≤ c ≤ 1,4; 0 ≤ d ≤ 0,055; 0 ≤ e ≤ 0,6; 0 ≤ f ≤ 0,04; 0 ≤ g ≤ 0,008 und 0 ≤ h ≤ 0,1 gilt.
Alternativ können jedoch auch hier ein einfacher, kostengünstiger Stahl gegebenenfalls mit nichtrostender Oberfläche, Aluminium, Sinterwerkstoffe oder Kunststoffe mit eingebetteten oder eingelegten metallischen Folien, um einen EMV-Schutz zu gewährleisten, eingesetzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse zwischen dem Gehäuse-Außenteil und dem Gehäuse-Innenteil zumindest einen O-Ring zur wasserdichten Abdichtung des Hohlraums auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse-Außenteil Elemente aus Metall auf. Derartige Elemente können Verstärkungselemente wie metallische Einsatzbuchsen sein, mit denen die Gehäusebohrungen für Gehäusebefestigungselemente oder Flanschschrauben verstärkt werden. Es können auch Anschlüsse für eine Wasserkühlung aus Metall ausgeführt sein. Ferner können EMV-Folien vorgesehen sein, die in das Gehäuse-Außenteil eingespritzt oder eingelegt werden. Derartige EMV-Folien können auch in einem aus Kunststoff ausgeführten Deckel des Gehäuses vorgesehen sein, beispielsweise falls dort ein Rotorpositionssensor vorgesehen ist und einen EMV-Schutz notwendig macht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine angegeben, das ein Gehäuse-Innenteil aufweist, das einen Stator und einen Rotor der rotierenden elektrischen Maschine umschließt, wobei das Gehäuse-Innenteil topfförmig mit einem Mantel und einem Boden und im Wesentlichen aus einem Metall ausgebildet ist. Das Gehäuse weist ferner ein Gehäuse-Außenteil auf, das das Gehäuse-Innenteil zumindest im Bereich einer Mantelfläche umgibt, und das aus einem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein kann. Es ist zumindest eine Schnittstelle zwischen dem Gehäuse-Außenteil und dem Gehäuse-Innenteil vorgesehen, an der das Gehäuse-Außenteil mit dem Gehäuse-Innenteil verbunden ist. Die Schnittstelle ist insbesondere als Flansch ausgebildet.
Dieser Aspekt der Erfindung betrifft demnach den prinzipiellen Aufbau des Gehäuses aus zwei Teilen – Gehäuse-Innenteil und Gehäuse-Außenteil – und der Verbindung dieser Teile an einem Flansch. Weiterbildungen können wie bereits beschrieben erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuse für eine rotierende elektrische Maschine angegeben, das einen Stator und einen Rotor der rotierenden elektrischen Maschine umschließt. Das Gehäuse weist einen Flanschbereich auf, in dem es mit einem Lagerschild der rotierenden elektrischen Maschine verbunden ist. Im Flanschbereich ist ein Luftspalt zwischen dem Lagerschild und dem Gehäuse vorgesehen. Zwischen dem Lagerschild und dem Gehäuse ist zumindest ein O-Ring angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform wird das Lagerschild im Gehäuse durch den O-Ring zentriert und Toleranzen durch den flexiblen O-Ring ausgeglichen. Das Gehäuse kann dabei einteilig ausgeführt sein oder aus einem Gehäuse-Innenteil und einem Gehäuse-Außenteil und gegebenenfalls weiteren Gehäuseteilen bestehen. Das Gehäuse ist insbesondere aus Metall ausgebildet, das Gehäuse-Außenteil kann gegebenenfalls aus einem Kunststoff ausgebildet sein.
Derartige O-Ringe können zur Zentrierung bei jedem der bereits beschriebenen Gehäuse eingesetzt werden.
Also weist das Gehäuse einen Flanschbereich auf, in dem es mit einem Lagerschild der rotierenden elektrischen Maschine verbindbar ist, wobei im Flanschbereich ein Luftspalt zwischen dem Lagerschild und dem Gehäuse vorgesehen ist und zwischen dem Lagerschild und dem Gehäuse zumindest ein O-Ring angeordnet ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine rotierende elektrische Maschine mit dem beschriebenen Gehäuse angegeben. Die rotierende elektrische Maschine kann insbesondere als Innenläufer ausgebildet und für Drehzahlen von 10 000 Umdrehungen pro Minute und mehr ausgelegt sein.
Derartige rotierende elektrische Maschinen eignen sich für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Sie können sowohl als im Antriebsstrang vollintegrierte Antriebsmotoren, beispielsweise als Radnaben- oder Achsmotoren, als auch beispielsweise als Startergeneratoren eingesetzt werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird deshalb ein Kraftfahrzeug angegeben, das die beschriebene rotierende elektrische Maschine aufweist. Das Kraftfahrzeug kann dabei als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine mit dem beschriebenen Gehäuse angegeben. In einer Ausführungsform wird der Stator mit Wicklung kalt in das Gehäuse eingepresst. Alternativ ist auch eine Montage mittels beispielsweise Kleben oder Heißschrumpfen denkbar.
In einer Ausführungsform wird der Rotor zusammen mit einem Lager in das Gehäuse-Innenteil eingepresst und das Lager zur Befestigung spielfrei einrolliert. Dabei entsteht das Festlager.
In einer Ausführungsform wird das Gehäuse-Außenteil in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Dabei können metallische Komponenten des Gehäuse-Außenteils wie Verstärkungselemente, EMV-Folien oder Kühlmittelanschlüsse während des Spritzgießens eingesetzt und angespritzt werden. Sie können jedoch auch nachträglich eingesetzt werden.
Es können auch während des Spritzgussverfahrens vorgefertigte Kunststoffkomponenten des Gehäuse-Außenteils eingesetzt und angespritzt werden. Dabei entstehen 2- oder Mehrkomponententeile. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn eine Wasserkühlung erforderlich ist, für die eine zweite Werkstoffkomponente in den Spritzprozess integriert wird. Die zweite Werkstoffkomponente kann dabei ein metallischer Einsatz oder ein zweiter, "hinterspritzter" Kunststoff sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des Elektromotors gemäß 1;
3 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3a zeigt ein Detail aus 3;
4 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4a zeigt ein Detail aus 4;
5 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung und
5a zeigt ein Detail aus 5.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor 1 mit einem als Blechpaket ausgebildeten Rotor 2 und einem den Rotor 2 umgebenden Stator 3. Der Elektromotor 1 ist in dieser Ausführungsform als Innenläufermotor ausgebildet.
Der Rotor 2 weist ein Blechpaket auf, das drehfest mit einer Rotorwelle 4 verbunden ist. Die Rotorwelle 4 ist mittels eines Festlagers 5 und eines Loslagers 6 drehbar in einem Gehäuse 7 und an einem Lagerschild 13 gelagert. Das Festlager 5 und das Loslager 6 sind in dieser Ausführungsform als Kugellager ausgebildet. Das Loslager 6 weist eine Anstellscheibe 29 auf, die das Spiel aus dem Loslager 6 herausnimmt. Die Rotorwelle 4 trägt an einem Ende eine Riemenscheibe 8 eines Riementriebs.
Der Stator 3 weist ebenfalls Wicklungen auf, von denen lediglich die Wickelköpfe 9 angedeutet sind. Der Stator 3 ist mit dem Gehäuse 7 fest verbunden und umgibt den Rotor 2 mit der Rotorwelle 4 konzentrisch.
Das Gehäuse 7 weist ein metallisches Gehäuse-Innenteil 10 auf. Das Gehäuse-Innenteil 10 weist in dieser Ausführungsform ein Material auf, das im Wesentlichen die Legierungszusammensetzung Fe_RestCr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h auf, worin a, b, c, d, e, f, g und h in Gewichtsprozent angegeben sind und 18 ≤ a ≤ 19; 12 ≤ b ≤ 13; 0 ≤ c ≤ 1,4; 0 ≤ d ≤ 0,055; 0 ≤ e ≤ 0,6; 0 ≤ f ≤ 0,04; 0 ≤ g ≤ 0,008 und 0 ≤ h ≤ 0,1 gilt.
Das Gehäuse-Innenteil 10 gliedert sich in einen Boden 11 und einen Mantel 12. Dem Boden 11 gegenüberliegend ist ein ebenfalls metallisches Lagerschild 13 vorgesehen.
Der Mantel 12 ist von einem Gehäuse-Außenteil 14 aus Kunststoff umgeben. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist auch noch ein Deckel 15 aus einem Kunststoff oder einem anderen Werkstoff vorgesehen, der das Lagerschild 13 nach außen abdeckt. Das Lagerschild 13 stützt sich am Deckel 15 ab. Zwischen dem Gehäuse-Innenteil 10 und dem Gehäuse-Außenteil 14 ist ein Hohlraum 16 gebildet, der von einem Kühlmittel, beispielsweise Glykol, durchströmt werden kann.
Auf der Rotorwelle 4 können ferner Sicherungsringe 19 zur Positionierung und Abstützung des Rotors 2 vorgesehen sein.
Die Bauteile Gehäuse-Außenteil 14, Gehäuse-Innenteil 10, Lagerschild 13 und Deckel 15 sind an einem Flansch 17 mittels Flanschschrauben 18 miteinander verbunden. Die Flanschschrauben 18 halten somit den Elektromotor 1 zusammen. Sie dienen aber auch der Übertragung von Drehmoment auf den Flansch 17 und anschließend auf in 1 nicht gezeigte Befestigungselemente des Gehäuses 7.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Flansch 17 vom loslagerseitigen Ende des Elektromotors 1 etwas in dessen Mitte versetzt und liegt damit in der Nähe der in 1 nicht gezeigten Befestigungselemente des Gehäuses 7.
In 1 ist kein Rotorpositionssensor dargestellt. Ein solcher kann jedoch im Bereich der Loslagerseite vorgesehen sein, wie dies für die anderen Ausführungsformen in den 3 bis 5 gezeigt ist.
Zum Abdichten des wassergekühlten Elektromotors 1 sind O-Ringe als besonders einfache und kostengünstige Art der Dichtung 21 vorgesehen. Sie dichten die zwischen dem Gehäuse-Innenteil 10 und dem Gehäuse-Außenteil 14 gebildeten Hohlräume 16 ab. Dabei ist das Gehäuse-Außenteil 14 aus Kunststoff derart ausgelegt, dass keine genauen Bearbeitungen oder Passungen erforderlich sind. Die beiden Abdichtungsbereiche können in dem Spritzgießverfahren ohne Schieber hergestellt werden. Die Herstellung des Gehäuse-Außenteils 14 ist somit einfach möglich. Toleranzen werden mittels der O-Ringe ausgeglichen.
Im hinteren Bereich des Gehäuses 7, der zum Loslager 6 hin zeigt, ist ein Luftspalt zwischen dem Gehäuse-Außenteil 14 und dem Gehäuse-Innenteil 10 gebildet. Das Gehäuse-Außenteil 14 berührt das Gehäuse-Innenteil 10 nicht. Das hat den Vorteil, dass die Herstellung des Gehäuse-Außenteils 14 und des Gehäuse-Innenteils 10 besonders einfach erfolgen kann, weil nicht auf die Einhaltung geringer Toleranzen geachtet werden muss. Eine feste Verbindung zwischen dem Gehäuse-Außenteil 14 und dem Gehäuse-Innenteil 10 kann, beispielsweise durch einpressen oder eine Verbindung über Maß, im vorderen Bereich, der zum Festlager 5 hin zeigt, im Bereich des O-Ringes 21 erfolgen.
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Gehäuse 7 des Elektromotors 1. In dieser Ansicht sind Befestigungsstrukturen 20 gezeigt, an denen der Elektromotor 1 im Motorraum befestigt werden kann. Bei der gezeigten Ausführungsform befinden sich die Befestigungsstrukturen 20 teilweise nah an dem Flanschbereich 22, so dass bei der Kräfteübertragung ein Hebel weitgehend vermieden wird.
In 3 ist der Elektromotor 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist ein Rotor-Positionssensor 23 gezeigt, der auf einer Sensoraufnahme 24 montiert ist. Die Sensoraufnahme 24 ist mit dem Deckel 15 verbunden. Der Rotor-Positionssensor 23 weist Anschlüsse 25 zu einer nicht gezeigten Fahrzeugelektronik auf.
Dem Rotor-Positionssensor 23 steht ein auf einer Aufnahme 26 montiertes Geberrad 27 gegenüber, das drehfest mit der Rotorwelle 4 verbunden ist und im Betrieb mit dieser rotiert.
In dieser Ausführungsform ist der Deckel 15 aus Metall, beispielsweise einem Sintermetall, ausgebildet, beispielsweise aus dem gleichen Material wie das Gehäuse-Innenteil 10 oder das Lagerschild 13. Er wirkt demnach als EMV-Schutz.
Für gängige Sensortypen wird ein sogenanntes "encoder ring"-Geberrad aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff verwendet. Damit das Magnetfeld des Geberrads 27 ungestört bleibt, ist die Aufnahme aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff ausgebildet und weist ein Material auf, das im Wesentlichen die Legierungszusammensetzung Fe_RestCr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h auf, worin a, b, c, d, e, f, g und h in Gewichtsprozent angegeben sind und 18 ≤ a ≤ 19; 12 ≤ b ≤ 13; 0 ≤ c ≤ 1,4; 0 ≤ d ≤ 0,055; 0 ≤ e ≤ 0,6; 0 ≤ f ≤ 0,04; 0 ≤ g ≤ 0,008 und 0 ≤ h ≤ 0,1 gilt.
Bei Ausführungsformen, bei denen das Magnetfeld des Geberrads nicht stark beeinflusst wird, können auch magnetisierbare Stähle oder andere Werkstoffe wie Kunststoffe oder Sinterwerkstoffe eingesetzt werden.
3a zeigt im Detail den Flansch 17 des Elektromotors 1 gemäß 3. In dieser Ansicht sind die O-Ringe 21, 21a besonders gut erkennbar. Die O-Ringe 21 haben die Aufgabe, den Hohlraum 16 im Falle einer Kühlung mit einem flüssigen Kühlmittel abzudichten. Der O-Ring 21a wird zum Abdichten des Elektromotors 1 beispielsweise gegen Spritzwasser eingesetzt.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist ein geringer Luftspalt 28 zwischen dem Lagerschild 13 und dem Gehäuse-Innenteil 10 vorgesehen. Dadurch berührt das Lagerschild 13 das Gehäuse-Innenteil 10 nicht. Das Lagerschild 13 wird im Gehäuse 7 durch den O-Ring 21a zentriert. Im Betrieb läuft der Rotor 2 nicht völlig koaxial zum Gehäuse 7 und zum Lagerschild 13. Diese Toleranzen werden jedoch durch den flexiblen O-Ring 21a ausgeglichen. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich noch ein zweiter O-Ring verbaut, um eine Kippelbewegung des Deckels 15 zu verhindern. Der O-Ring 21a wirkt, genau wie der O-Ring 21, als dämpfendes Element und trägt zur Geräuschreduzierung bei.
4 zeigt einen Elektromotor 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 3 gezeigten zweiten dadurch, dass das Gehäuse-Außenteil 14 keinen Deckel 15 aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird der Rotor-Positionssensor 23 von außen direkt in das Lagerschild 13 eingefügt. Hierfür ist die Aufnahme 24 mit dem Lagerschild 13 verbunden.
4a zeigt wieder ein Detail aus dem Bereich des Flansches 17 des Elektromotors 1 gemäß 4. In dieser Ansicht sind die O-Ringe 21 besonders gut erkennbar, die die Hohlräume 16 abdichten.
Die 3 und 4 zeigen axiale Rotor-Positionssensoren 23. Es können jedoch auch radiale Sensoren eingesetzt werden, beispielsweise, wenn der Bauraum dies erfordert.
5 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Elektromotor 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Der Elektromotor 1 gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten lediglich dadurch, dass sowohl das Gehäuse-Außenteil 14 als auch das Gehäuse-Innenteil 10 aus Metall ausgebildet sind.
5a zeigt wieder ein Detail aus dem Bereich des Flansches 17 des Elektromotors 1 gemäß 5.
Gemäß einer fünften, nicht dargestellten Ausführungsform ist der Elektromotor 1 wie in 4 gezeigt aufgebaut, weist aber ein Gehäuse 7 auf, dessen Gehäuse-Außenteil 14 wie das Gehäuse-Innenteil 10 aus einem Metall ausgebildet ist.
Bei den in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen ist der Flansch 17 am loslagerseitigen Ende des Elektromotors 1 angeordnet. Er liegt damit weiter von den Befestigungselementen des Gehäuses 7 entfernt als bei der in 1 gezeigten Ausführungsform.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
Offenbart wird zudem ein erstes Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine 1 mit einem oben beschriebenen Gehäuse 7, wobei der Stator 3 kalt in das Gehäuse 7 eingepresst wird.
Ferner wird ein zweites Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine 1 mit einem oben beschriebenen Gehäuse 7 offenbart, wobei der Rotor 2 zusammen mit einem Lager 5, 6 in das Gehäuse 7 eingepresst und das Lager 5, 6 zur Befestigung spielfrei einrolliert wird.
Außerdem wird ein zweites Verfahren zur Herstellung einer rotierenden elektrischen Maschine 1 mit einem oben beschriebenen Gehäuse 7 offenbart, wobei das Gehäuse-Außenteil 14 in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird. Während des Spritzgussverfahrens werden metallische Komponenten und/oder vorgefertigte Kunststoffkomponenten des Gehäuse-Außenteils 14 eingesetzt und mit Kunststoffgießmasse angespritzt.
Bezugszeichenliste

1: Elektromotor
2: Rotor
3: Stator
4: Rotorwelle
5: Festlager
6: Loslager
7: Gehäuse
8: Riemenscheibe
9: Wickelkopf
10: Gehäuse-Innenteil
11: Boden
12: Mantel, erste zylinderförmige Wand des Gehäuse-Innenteils
13: Lagerschild
14: Gehäuse-Außenteil
15: Deckel
16: Hohlraum
17: Flansch
18: Flanschschraube
19: Sicherungsringe
20: Befestigungsstruktur
21, 21a: O-Ringe
22: Flanschbereich
23: Rotor-Positionssensor
24: Sensoraufnahme
25: Anschluss
26: Aufnahme
27: Geberrad
28: Luftspalt
29: Anstellscheibe
30: Zylindermantel, zweite zylinderförmige Wand des Gehäuse-Außenteils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009031467 A1 [0003]

Claims

Gehäuse (7) für eine rotierende elektrische Maschine (1), das folgendes aufweist: – ein Gehäuse-Innenteil (10), das einen Stator (3) und einen Rotor (2) der rotierenden elektrischen Maschine (1) umschließt, und das aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet ist; – ein Gehäuse-Außenteil (14), das das Gehäuse-Innenteil (10) zumindest teilweise umgibt, und das aus einem Kunststoff ausgebildet ist; – zumindest eine Schnittstelle zwischen dem Gehäuse-Außenteil (14) und dem Gehäuse-Innenteil (10), an der das Gehäuse-Außenteil (14) mit dem Gehäuse-Innenteil (10) mechanisch verbunden ist.
Gehäuse (7) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse-Innenteil (10) eine erste zylinderförmige Wand (12) aufweist und das Gehäuse-Außenteil (14) eine zweite zylinderförmige Wand (30) aufweist, wobei die zweite zylinderförmige Wand (30) des Gehäuse-Außenteils (14) die erste zylinderförmige Wand (12) des Gehäuse-Innenteils (10) umgibt.
Gehäuse (7) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (7) zwischen dem Gehäuse-Außenteil (14) und dem Gehäuse-Innenteil (10) zumindest einen Hohlraum (16) zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit aufweist.
Gehäuse (7) nach Anspruch 3, wobei der Hohlraum (16) zwischen der ersten zylinderförmigen Wand (12) des Gehäuse-Innenteils (10) und der zweiten zylinderförmigen Wand (30) des Gehäuse-Außenteils (14) ausgebildet ist.
Gehäuse (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Schnittstelle als Flansch (17) ausgebildet ist.
Gehäuse (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der Schnittstelle das Gehäuse-Innenteil (10), das Gehäuse-Außenteil (14) und ein Lagerschild (13) miteinander mechanisch verbunden sind.
Gehäuse (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse-Innenteil (10) eine Metalllegierung aufweist, die Eisen, Chrom und Nickel enthält, wobei Chrom in einem Gewichtsprozent von 18 bis 19 und Nickel in einem Gewichtsprozent von 12 bis 13 enthalten sind.
Gehäuse (7) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Lagerschild (13) eine Metalllegierung aufweist, die Eisen, Chrom und Nickel enthält, wobei Chrom in einem Gewichtsprozent von 18 bis 19 und Nickel in einem Gewichtsprozent von 12 bis 13 enthalten sind.
Gehäuse (7) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Gehäuse (7) zwischen dem Gehäuse-Außenteil (14) und dem Gehäuse-Innenteil (10) zumindest einen O-Ring (21, 21a) zur wasserdichten Abdichtung des Hohlraums (16) aufweist.
Rotierende elektrische Maschine (1) mit einem Gehäuse (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.