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HINTERGRUND
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Elektromotoren und andere elektrische Antriebseinheiten werden in verschiedenen Zusammenhängen verwendet. Zum Beispiel sind manche Fahrzeuge mit einem oder mehreren Elektromotoren für den Antrieb des Fahrzeugs ausgerüstet. Diese(r) Motor(en) kann (können) die einzige Antriebsart des Fahrzeugs darstellen, wie bei einem reinen Elektrofahrzeug, oder er/sie kann (können) in Kombination mit einer anderen Antriebsart verwendet werden, wie etwa bei einem Hybridfahrzeug. Bei manchen Fahrzeugen werden zum Antreiben der Vorder- und Hinterachse separate Elektromotoren verwendet.
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Der Elektromotor weist einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Stator in einem Teil eines Gehäuses enthalten sein kann, welches auch ein Getriebe und in einigen Fällen andere Komponenten umschließt. Der Prozess der Herstellung solcher Motoren kann einen Schritt des Verbindens eines Stators und einer Gehäusekomponente, wie etwa eines Gussaluminiumteils, mit enger Passung umfassen. Um den Stator in seine korrekte Position innerhalb des Gehäuses zu bringen, kann es erforderlich sein, das Gussgehäuse zu erwärmen, so dass sich seine Abmessungen vergrößern, und anschließend die Statorkomponente relativ schnell einzusetzen. Danach bewirkt die bei der Abkühlung des Gehäuses erfolgende Kontraktion die enge Passung zwischen den Teilen.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein Elektromotor: ein Gehäuse, das ein erstes Rotorlager und eine Statorabstützfläche aufweist; einen freitragenden Stator, welcher einen Blechstapel aufweist, wobei eine erste Seite des Blechstapels an der Statorabstützfläche anliegt und eine zweite Seite des Blechstapels an einer Statorendkappe anliegt, welche ein zweites Rotorlager aufweist, wobei der freitragende Stator mithilfe von Zugankern gehalten wird, mit denen die Statorendkappe am Gehäuse befestigt ist; und einen Rotor in dem freitragenden Stator, wobei der Rotor von dem ersten und dem zweiten Rotorlager gehalten wird.
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Implementierungen können einige der folgenden oder alle folgenden Merkmale umfassen. Der freitragende Stator ist durch wenigstens einen Bolzen positioniert, wobei sich ein erstes Ende des Bolzens entweder in die erste oder in die zweite Seite des Blechstapels hinein erstreckt und sich ein zweites Ende des Bolzens dementsprechend entweder in die Statorabstützfläche oder in die Statorendkappe hinein erstreckt. Das erste Ende des Bolzens erstreckt sich in ein Loch hinein, welches wenigstens in ein äußeres Blech des Blechstapels gestanzt ist. Der freitragende Stator ist sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten Seite des Blechstapels durch mehrere Bolzen positioniert. Die Zuganker sind gleichmäßig um einen Umfang der Statorendkappe herum positioniert. Die Zuganker verlaufen durch Öffnungen in der Statorendkappe, erstrecken sich entlang einer Außenfläche des freitragenden Stators und sind an der Statorabstützfläche am Gehäuse befestigt. Das Gehäuse und die Statorendkappe sind Gussteile. Der Elektromotor umfasst ferner einen Behälter (oder Eimer), welcher die Statorendkappe, die Zuganker und den freitragenden Stator bedeckt, wobei der Behälter am Gehäuse befestigt ist. Der Elektromotor umfasst ferner Verstärkungsstreben an dem Behälter. Der Behälter ist im Wesentlichen zylindrisch, wobei die Verstärkungsstreben wenigstens ein erstes Paar sich kreuzender Verstärkungsstreben an einem Boden oder einer Seitenfläche des Behälters umfassen. Die Verstärkungsstreben umfassen ferner wenigstens ein zweites Paar sich kreuzender Verstärkungsstreben an einer anderen Fläche, bei der es sich um den Boden oder die Seitenfläche des Behälters handelt. Der Behälter ist dafür ausgelegt, dem von dem Elektromotor erzeugten Drehmoment entgegenzuwirken.
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Gemäß einem zweiten Aspekt umfasst ein Elektromotor: ein Gehäuse, das eine Statorabstützfläche aufweist; einen freitragenden Stator; Mittel zum Halten des freitragenden Stators auf der Statorabstützfläche; und einen Rotor in dem freitragenden Stator.
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Gemäß einem dritten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Elektromotors: Positionieren eines freitragenden Stators und eines Gehäuses relativ zueinander, so dass eine erste Seite eines Blechstapels des freitragenden Stators an einer Statorabstützfläche an dem Gehäuse anliegt; Anordnen eines Rotors innerhalb des freitragenden Stators, so dass der Rotor von wenigstens einem ersten Rotorlager in dem Gehäuse gehalten wird; Anordnen einer Statorendkappe an einer zweiten Seite des Blechstapels, wobei der Rotor von wenigstens einem zweiten Rotorlager auf der Statorendkappe gehalten wird; und Befestigen der Statorendkappe an dem Gehäuse unter Verwendung von Zugankern, wodurch der freitragende Stator gehalten wird.
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Implementierungen können einige der folgenden oder alle folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren umfasst ferner das Positionieren des freitragenden Stators relativ zu dem Gehäuse unter Verwendung wenigstens eines Bolzens. Das Befestigen der Statorendkappe an dem Gehäuse umfasst das Hindurchstecken der Zuganker durch Öffnungen in der Statorendkappe, so dass sich die Zuganker entlang einer Außenfläche des freitragenden Stators erstrecken, und das Befestigen der Zuganker am Gehäuse an der Statorabstützfläche.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Beispiel eines Elektromotors mit einem freitragenden Stator, der eine behälterförmige Abdeckung aufweist.
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2 zeigt ein Beispiel des Elektromotors von 1 ohne die behälterförmige Abdeckung.
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3 zeigt eine teilweise auseinandergezogene Ansicht des Elektromotors von 2.
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4 ist eine Seitenansicht des Elektromotors von 2.
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5 ist eine perspektivische Ansicht des Elektromotors von 4.
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6 zeigt ein Beispiel des Elektromotors von 5 bei entfernter Statorendkappe.
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7 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Zusammenbauen eines Elektromotors.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In diesem Dokument werden Beispiele von Elektromotoren beschrieben, die so gestaltet sind, dass sie einen freitragenden Stator aufweisen, der mithilfe von Zugverbindern an einem Gehäuse befestigt ist. Derartige Konstruktionen können einen unkomplizierten Herstellungsprozess ermöglichen, bei dem der Zusammenbau der Gehäuse- und Statorkomponenten vereinfacht wird und der, falls erforderlich, auch Einstellungen oder einen Wiedereinbau von Teilen ermöglicht.
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1 zeigt ein Beispiel eines Elektromotors 100 mit einem freitragenden Stator, der eine behälterförmige oder eimerförmige Abdeckung 102 aufweist. Der freitragende Stator befindet sich in dieser Darstellung unter der behälterförmigen Abdeckung, und der Motor weist ferner ein Gehäuse 104 auf, welches verschiedene Komponenten umfasst, die der Einfachheit halber nicht explizit dargestellt wurden. Bei einigen Implementierungen sind ein Getriebe, ein Wechselrichter, Schaltschütze, ein Kühlsystem und Motorsteuerschaltungen auf der Innenseite oder Außenseite des Gehäuses, je nach Ausführung, angeordnet.
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Die behälterförmige Abdeckung 102 kann für den Motor einen oder mehrere Zwecke erfüllen. Bei einigen Implementierungen bewirkt die Abdeckung eine Isolierung oder anderweitige Abschirmung eines Kühlsystems am Stator oder in der Nähe desselben. Zum Beispiel wird in dem Kühlsystem ein Kühlmittel (z. B. Öl oder Luft) um den Stator herum umgewälzt, und die Abdeckung kann dann helfen, das Kühlmittel auf die Statoroberfläche zu lenken und vom Stator ablaufende Flüssigkeit zu sammeln. Bei einigen Ausführungsformen wirkt die Abdeckung einem von dem Elektromotor erzeugten Drehmoment entgegen. Zum Beispiel weist die behälterförmige Abdeckung ein oder mehrere Befestigungselemente 106 zur Befestigung des Endes der Abdeckung an einem Rahmen oder einer anderen Fahrzeugkomponente auf, und einem Drehmoment wird dann über die Abdeckung zurück in das Gehäuse 104 entgegengewirkt.
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Die behälterförmige Abdeckung 102 kann eine oder mehrere Verstärkungsstreben 108 aufweisen. Eine oder mehrere Streben können auf der Außenseite und/oder Innenseite der Abdeckung angeordnet sein. Die Strebe kann als ein Teil bei der Fertigung der Abdeckung erzeugt werden (z. B. bei einem Form- oder Gießvorgang), oder sie kann nachträglich befestigt werden (z. B. durch Schweißen). Die Abdeckung und die Strebe können aus einem beliebigen ausreichend festen Material hergestellt sein, wie etwa einem Metall (z. B. Aluminium). Bei einigen Implementierungen werden eine oder mehrere kreuzende Verstärkungsstreben 110 verwendet. Die Abdeckung kann kreuzende Verstärkungsstreben an ihrem Boden und/oder einer ihrer Seitenfläche aufweisen.
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Die behälterförmige Abdeckung 102 wird an dem Gehäuse 104 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren befestigt. Bei einigen Implementierungen sind zusammenpassende Befestigungselemente in der Nähe derjenigen Ränder der jeweiligen Komponenten vorgesehen, welche anliegen, wenn die Abdeckung befestigt ist. Zum Beispiel können ein oder mehrere Bolzen 112 verwendet werden.
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2 zeigt ein Beispiel des Elektromotors 100 von 1 ohne die behälterförmige Abdeckung. Das heißt, es ist nun ersichtlich, dass der Motor eine Statorendkappe 200 aufweist, die mittels mehrerer Zuganker 202 an dem Gehäuse 104 befestigt ist, wodurch sie einen freitragenden Stator 204 in einer bestimmten Position bezüglich des Gehäuses hält. Das heißt, die Statorendkappe und die Zugankerbefestigung an dem Gehäuse gewährleisten eine Strukturverstärkung, durch die der Stator sicher am Gehäuse befestigt ist.
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Die Statorendkappe und das Gehäuse können unter Anwendung geeigneter Verfahren hergestellt werden Bei einigen Implementierungen wird eine dieser Komponenten oder werden beide aus Aluminium oder einem anderen Metall gegossen. Die gegossene Komponente kann dann zum Beispiel spanend bearbeitet werden, um sie mit bestimmten Merkmalen zu versehen. Der Stator selbst kann auf eine beliebige geeignete Weise hergestellt werden, etwa durch Stanzen mehrerer Bleche in eine gewünschte Form und anschließendes Stapeln der Bleche, um einen Statorkörper zu Formen. Die einzelnen Bleche sind in dieser Abbildung der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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3 zeigt eine teilweise auseinandergezogene Ansicht des Elektromotors 100 von 2. Das heißt, das Gehäuse 104, der Stator 204, die Statorendkappe 200 und die Zuganker 202 (in diesem Falle sechs Zuganker) sind getrennt voneinander dargestellt. Hier weist der Stator einen Blechstapel 300 mit Statorendwindungen 302 an jedem seiner Enden auf. Insbesondere bildet der Blechstapel eine erste Seitenfläche 304 (hier verdeckt), welche dem Gehäuse 104 zugewandt ist, und eine zweite Seitenfläche 306, welche der Statorendkappe 200 zugewandt ist.
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Beim Zusammenbau wird die erste Seitenfläche 304 an einer Statorabstützfläche 308 auf dem Gehäuse 104 zur Anlage gebracht. Hier ist die Fläche 308 eben und weist eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt auf, die dem Stator entspricht. Die durch die Fläche 308 definierte Öffnung ist genügend groß, damit sich die Endwindungen 302 auf der betreffenden Seite des Stators etwas ins Innere des Gehäuses hinein (d. h. an der Fläche 308 vorbei) erstrecken können.
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In ähnlicher Weise wird die zweite Seitenfläche 306 beim Zusammenbau an der Statorendkappe 200 zur Anlage gebracht. Dementsprechend kann der Rand der Statorendkappe ebenfalls eben sein und eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt aufweisen, die dem Stator entspricht, obwohl sich ihre Gesamtform von derjenigen der Fläche 308 unterscheiden kann. Die Statorendkappe weist ein hohles Inneres auf, das dem Stator zugewandt ist, wodurch sich die Endwindungen 302 auf der betreffenden Seite des Stators etwas in die Endkappe hinein erstrecken können. Das heißt, die Zuganker können gewissermaßen dazu dienen, den Stator 204 mithilfe der Endkappe festzuklemmen, wodurch sie den Stator auf der Statorabstützfläche halten.
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In diesem Beispiel sind die Befestigungselemente für die Zuganker 202 gleichmäßig um einen Umfang der Statorendkappe 200 herum positioniert, und ebenso an dem Teil des Gehäuses 104, welcher am Stator anliegt. Bei einigen Implementierungen weist die Statorendkappe darin ausgebildete Öffnungen 310 auf, welche den einzelnen Zugankern entsprechen. Zum Beispiel kann jeder der Zuganker durch eine entsprechende Öffnung hindurchgeführt werden, so dass sich der Zuganker entlang einer Außenfläche des Stators (z. B. des Blechstapels 300) erstreckt. Bei einigen Implementierungen ist das Ende des Zugankers an dem Gehäuse befestigt. Zum Befestigen kann ein beliebiges geeignetes Verfahren angewendet werden, darunter unter anderem die Verwendung von Gewinden in Öffnungen 312 der Fläche 308. Die Zuganker sind aus einem Material mit einer ausreichenden Festigkeit hergestellt (z. B. Stahl).
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Das Gehäuse 104 ist hier mit einem Lager 314 in seinem Inneren dargestellt. Das Lager ist so positioniert, dass es ein Ende einer Rotorwelle (nicht dargestellt) hält, wenn der Motor zusammengebaut ist. Das andere Ende der Rotorwelle wird dann von einem entsprechenden (wenn auch nicht unbedingt identischen) Lager in der Statorendkappe 200 gehalten, zum Beispiel wie unten erläutert wird. Das heißt, ein von der Rotorwelle getragener Rotor (nicht dargestellt) wird so mithilfe der Rotorlager an jedem Ende der Welle in seiner Position innerhalb des Stators 204 gehalten.
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4 ist eine Seitenansicht des Elektromotors 100 von 2. Der Motor ist hier so dargestellt, dass der Stator 204 mithilfe der Statorendkappe 200 gegen das Gehäuse 104 gedrückt wird, wobei das Gehäuse ferner einen an ihm befestigten weiteren Behälter 400 aufweist. Zum Beispiel bilden das Gehäuse 104 und der Behälter 400 zusammen einen inneren Raum, in welchem das Getriebe des Motors angeordnet ist. Hier ist ein Leistungselektronikmodul 402 (z. B. ein Wechselrichter) an dem Behälter 400 angebracht. Das Modul 402 dient zum Beispiel dazu, Gleichstrom in Wechselstrom zum Antreiben des Elektromotors umzuwandeln.
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5 ist eine perspektivische Ansicht des Elektromotors 100 von 4. Diese Abbildung zeigt den Motor, welcher die Statorendkappe 200 und den Stator 204, das Gehäuse 104 und den Behälter 400 sowie das Leistungselektronikmodul 402 aufweist. Das Gehäuse 104 und/oder der Behälter 400 können dafür ausgebildet sein, eine oder mehrere an ihnen befestigte Radwellen aufzuweisen. Bei einigen Implementierungen ist eine Halbwelle (nicht dargestellt) durch eine Öffnung 500 im Gehäuse hindurch mit dem Getriebe verbunden. In ähnlicher Weise kann im Behälter 400 eine entsprechende Öffnung auf der anderen Seite für eine entsprechende Halbwelle vorgesehen sein. Zum Beispiel kann ein Differential in der Mitte von zwei solchen Halbwellen vorgesehen sein, wobei jede Welle ein Rad einer der Achsen des Fahrzeugs antreibt.
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Außerdem ist die Statorendkappe 200 mit einem Rotorlager 502 dargestellt, welches eine Rotorwelle 504 hält. Das heißt, das Lager, das hier von der Endkappe gehalten wird, stellt eine Seite der Drehaufhängung der Welle für den Rotor bereit.
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6 zeigt ein Beispiel des Elektromotors 100 von 5 bei entfernter Statorendkappe 200. Das heißt, die Rotorwelle 504 ist hier mit einem auf ihr angebrachten Rotor 600 innerhalb des Stators 204 dargestellt. Ebenfalls dargestellt ist ein in dem Blechstapel 300 ausgebildetes Loch 602. Das Loch 602 wird hier mit einem Bolzen 604 an der Endkappe verwendet; ein entsprechender Bolzen 606 (gestrichelt dargestellt) interagiert mit einem jeweiligen Loch in der Statorabstützfläche. Die Löcher und die Bolzen werden verwendet, um den Stator 204, die Statorendkappe und das Gehäuse 104 relativ zueinander zu positionieren und auszurichten. Zum Beispiel kann der Bolzen 604 zuerst teilweise in eine entsprechende Öffnung in der Endkappe eingesetzt werden, so dass der herausragende Bolzenabschnitt danach beim Zusammenbau in die Öffnung 602 eingesetzt wird. In ähnlicher Weise kann der Bolzen 606 zuerst teilweise in eine entsprechende Öffnung auf der anderen Seite des Blechstapels eingesetzt werden, so dass der herausragende Bolzenabschnitt danach beim Zusammenbau in eine Öffnung in der Statorabstützfläche 308 eingesetzt wird. Bei einigen Implementierungen weist der Motor mehr als eines der Löcher 602 auf dem Umfang des Stators auf, mit entsprechenden Bolzen, welche eine Ausrichtung zwischen dem Stator und sowohl der Endkappe als auch dem Gehäuse bewirken. Zum Beispiel können zwei oder mehr Löcher in gleichen Intervallen um den Stator herum angeordnet sein.
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Die Löcher und die Bolzen können unter Anwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens hergestellt werden. Bei einigen Implementierungen wird das Loch 602 in das Blech gestanzt, wenn dieses hergestellt wird. Zum Beispiel kann das Loch bei allen Blechen an derselben Position auf dem Umfang in diese gestanzt sein, so dass ein Kanal erzeugt wird, wenn die Bleche in einem Stapel angeordnet werden (dieses Beispiel ist in der Figur dargestellt). Als ein weiteres Beispiel kann nur eines oder können mehrere der äußersten Bleche in dem Stapel das eingestanzte Loch aufweisen. Die Bolzen können aus einem beliebigen Material mit ausreichender Festigkeit hergestellt sein, wie etwa Stahl.
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7 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens 700 zum Zusammenbauen eines Elektromotors. Das Verfahren kann in unterschiedlichen Zusammenhängen durchgeführt werden, wie etwa bei der ursprünglichen Herstellung des Motors oder bei einer späteren Reparatur oder einem Umbau eines vorhandenen Motors. Zur Veranschaulichung werden einige Beispiele verwendet, die oben beschrieben wurden (1–6); das Verfahren kann jedoch auch für andere Typen von Elektromotoren ausgeführt werden. Die Schritte können manuell (d. h. von einer Person) oder unter Einsatz von Robotern ausgeführt werden, oder in einer Kombination davon. Die Schritte können auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, sofern nicht anders angegeben.
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In 710 wird ein freitragender Stator positioniert. Zum Beispiel können der freitragende Stator 204 und das Gehäuse 104 in eine solche Position relativ zueinander gebracht werden, dass sich die erste Seitenfläche 304 des Blechstapels des freitragenden Stators in der Nähe der Statorabstützfläche 308 befindet.
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In 720 werden ein oder mehrere Bolzen und ein oder mehrere Löcher zusammengepasst. Zum Beispiel kann der sich von dem Stator aus erstreckende Bolzen 606 in das Loch an der Statorabstützfläche 308 eingesetzt werden.
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In 730 wird ein Rotor aufgebracht. Zum Beispiel kann der Rotor 600 innerhalb des freitragenden Stators 204 so angeordnet werden, dass der Rotor von dem Rotorlager 314 im Gehäuse 104 gehalten wird.
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In 740 wird eine Statorendkappe aufgebracht. Bei einigen Implementierungen kann die Statorendkappe 200 an der zweiten Seitenfläche 306 des Blechstapels angeordnet werden. Zum Beispiel kann der Rotor dann auch von dem Rotorlager 502 auf der Statorendkappe gehalten werden. Bei einigen Implementierungen werden bei der Anbringung der Statorendkappe ein oder mehrere Paare von Bolzen und Löchern zusammengepasst.
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In 750 werden ein oder mehrere Zuganker eingesetzt. Zum Beispiel können die Zuganker 202 durch die Öffnungen 310 hindurch eingesetzt werden.
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In 760 wird die Statorendkappe befestigt. Bei einigen Implementierungen werden die Zuganker 202 an den Öffnungen 312 der Statorabstützfläche 308 befestigt, wodurch sie den freitragenden Stator in seiner Position halten. Zum Beispiel kann eine Gewindebefestigung verwendet werden.
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Bei einigen Implementierungen können auch weniger oder mehr Schritte ausgeführt werden.
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Einige Implementierungen wurden als Beispiele beschrieben. Andere Implementierungen werden jedoch ebenfalls durch die folgenden Ansprüche abgedeckt.
