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Stand der Technik
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine mit einem außen liegenden Stator und einem innen liegenden Rotor, insbesondere für ein hydraulisches Bremssystem, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bekannt sind elektrische Maschinen, die als Innenläufermotor ausgebildet sind und einen außen liegenden Stator sowie einen innen liegenden Rotor aufweisen, der innerhalb des Stators umläuft. Der Stator setzt sich aus aufeinander liegenden Einzellamellen zusammen, die über den Umfang verteilt radial nach innen weisende Statorzähne bilden und Statorwicklungen aufnehmen. Der Stator ist in einem Gehäuse aufgenommen. Eine in dieser Weise aufgebaute elektrische Maschine wird beispielsweise in der
US 2003/0127933 A1 beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist als Innenläufermotor ausgebildet und weist einen außen liegenden Stator und einen innen liegenden Rotor auf. Die Maschine ist vorzugsweise als elektronisch kommutierte Maschine ausgeführt mit Statorwicklungen an Statorzähnen, die über den Umfang verteilt angeordnet sind und sich radial nach innen erstrecken. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als Synchronmotor ausgebildet, wobei grundsätzlich auch Asynchronmotoren in Betracht kommen.
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Der Stator setzt sich aus einer Vielzahl von Einzellamellen zusammen, die aufeinander geschichtet sind und einen unterschiedlichen Außendurchmesser aufweisen, so dass der Stator eine gestufte Mantelfläche mit Abschnitten unterschiedlichen Außendurchmessers besitzt. Hierdurch erhöht sich die Oberfläche an der Außenseite des Stators, wodurch die Wärmeabgabe verbessert wird.
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Der Außendurchmesser der größeren Einzellamellen übersteigt den Außendurchmesser der kleineren Einzellamellen beispielsweise um mindestens 10 %, mindestens 15 % oder mindestens 20 %.
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Die Mantelfläche des Stators ist mit einer Schutzschicht versehen, die die Außenseite der elektrischen Maschine bildet. Ein Motorgehäuse ist nicht erforderlich, der Schutz vor Umwelteinflüssen wird über die Schutzschicht auf der Mantelfläche des Stators erreicht. Indem auf ein aufnehmendes Gehäuse für die elektrische Maschine verzichtet wird, ist die gestufte Mantelfläche des Stators unmittelbar der Umgebung zugewandt, wodurch die Wärmeabgabe weiter verbessert wird. Der Verzicht auf ein aufnehmendes Gehäuse reduziert zudem das Gesamtgewicht der elektrischen Maschine.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung setzt sich der Stator aus Einzellamellen mit zwei unterschiedlichen Außendurchmessern zusammen. Es ist aber auch möglich, Einzellamellen mit mehr als zwei unterschiedlichen Außendurchmessern zu verwenden, beispielsweise Einzellamellen mit drei oder vier verschiedenen Außendurchmessern.
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Die Außenkontur der Einzellamellen kann rund oder nicht-rund sein, beispielsweise oval, länglich oder eckig, zum Beispiel viereckig, insbesondere rechteckig. Der Außendurchmesser bezieht sich bei nicht-runden Außenkonturen auf die Einhüllende um die Außenkontur der Einzellamelle.
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Rechteckige oder n-eckige Geometrien haben den Vorteil, dass Stanzabfälle, die bei einer runden Geometrie entstehen, genutzt werden können. Dies ermöglicht einerseits die Platzierung von Schauben in den Eckbereichen. Zudem verbessern sich wegen der größeren Masse und Oberfläche die thermischen Eigenschaften des Stators.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung weisen mindestens zwei benachbarte Einzellamellen den gleichen Außendurchmesser auf, wobei sich an diesen Verbund von mindestens zwei Einzellamellen eine weitere Einzellamelle anschließt, die einen sich unterscheidenden Durchmesser aufweist. Diese weitere Einzellamelle besitzt insbesondere einen größeren Durchmesser als die zwei zum Verbund gehörenden Einzellamellen gleichen Durchmessers, wenngleich auch ein kleinerer Durchmesser möglich ist. Es entsteht auf diese Weise eine gestufte Mantelfläche mit unterschiedlich breiten axialen Absätzen. Bezogen auf die Achsrichtung erhält man beispielsweise in Achsrichtung längere radiale Vertiefungen und kürzere radiale Erweiterungen in der außen liegenden Mantelfläche des Stators. Diese Ausführung zeichnet sich durch eine effiziente Verwendung von Material für den Aufbau des Stators aus den Einzellamellen aus.
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Der Verbund aus Einzellamellen gleichen Durchmessers kann auch mehr als zwei Einzellamellen umfassen, beispielsweise drei oder vier Einzellamellen. In einer alternativen Ausführung ist es außerdem möglich, dass bezogen auf die Längsachse der elektrischen Maschine axial gleich hohe Stufen mit größerem und kleinerem Außendurchmesser vorhanden sind, was vorzugsweise durch eine Aneinanderreihung von Lamellenverbünden mit der gleichen Anzahl an Einzellamellen erreicht wird, beispielsweise in wechselnder Abfolge von zwei Einzellamellen kleineren Durchmessers mit zwei Einzellamellen größeren Durchmessers.
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Die Schutzschicht auf der Mantelfläche des Stators wird insbesondere erst nach der Montage des Stators aus den Einzellamellen aufgebracht, so dass auch eine wirksame Versiegelung auch des Übergangs von Einzellamelle zu Einzellamelle gewährleistet ist. Die Schutzschicht erstreckt sich vorteilhafterweise über die gesamte außen liegende Mantelfläche des Stators sowie teilweise über die Stirnseiten des Stators.
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Die Schutzschicht kann als eine Pulverbeschichtung ausgebildet sein, die im paketierten Zustand des Stators aufgebracht wird. Des Weiteren ist es auch möglich, die Schutzschicht als eine Lackschicht auszuführen.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind die Einzellamellen verschraubt. Die Verschraubung erfolgt insbesondere durch die in Radialrichtung überstehenden Einzellamellen hindurch unter Umgehung der Einzellamellen mit reduziertem Außendurchmesser. Über die Verschraubung kann die elektrische Maschine an ein weiteres Bauteil, beispielsweise in einem Bremssystem angeschraubt werden.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung befindet sich an mindestens einer Stirnseite des Stators ein Lagerschild mit einem Lager für die Rotorwelle. Der Lagerschild ist am Stator befestigt, beispielsweise bei einer Verschraubung der Einzellamellen an der durch die Lamellen hindurchgeführten Schraube. Um den Rotorraum abzudichten, befindet sich zwischen dem Lagerschild und der Stirnseite des Stators ein Dichtring, der von dem Lagerschild mit einer axialen Dichtkraft beaufschlagt ist.
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Die elektrische Maschine wird beispielsweise als Bremsmotor in einem hydraulischen Bremssystem eines Fahrzeugs eingesetzt und kann zur Bremsdruckerzeugung verwendet werden. Die elektrische Maschine ersetzt vorzugsweise einen Bremskraftverstärker und wird über Stellsignale eines Steuergeräts angesteuert, wobei die Bremspedalbewegung zur Ansteuerung verwendet wird. Die Bremspedalbewegung kann sensorisch erfasst werden und in dem Steuergerät für die Ansteuerung der elektrischen Maschine zugrunde gelegt werden. Über die elektrische Maschine wird bevorzugt ein Hydraulikzylinder zur Erzeugung eines gewünschten Hydraulikdrucks in einem oder mehreren Bremskreisen betätigt.
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Die elektrische Maschine kann, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, an einem Hydraulikblock des Bremssystems befestigt werden, insbesondere über die Verschraubung. Der Hydraulikblock umfasst einstellbare Ventile und gewährleistet den Durchgriff des Bremspedals auf die Bremskreise des Bremssystems für den Fall eines Ausfalls der elektrischen Maschine oder des Steuergeräts. An dem Hydraulikblock oder einem sonstigen Bauteil des Bremssystems kann der Stator der elektrischen Maschine befestigt werden, wobei zweckmäßigerweise ein Dichtring an der Stirnseite des Stators anliegt, um den Rotorraum abzudichten.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt längs durch eine elektrische Maschine, die an einem Hydraulikblock eines Bremssystems angeordnet ist und als Bremsmotor eingesetzt wird,
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2 eine Ausschnittvergrößerung der elektrischen Maschine im Bereich der Mantelfläche des Stators.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine als Innenläufermotor ausgeführte elektrische Maschine 1 dargestellt, die einen außen liegenden Stator 2 und einen innen liegenden Rotor 3 umfasst, wobei der Rotor 3 auf einer Rotorwelle 4 angeordnet ist. Die Längsachse der elektrischen Maschine ist mit Bezugszeichen 5 gekennzeichnet.
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Die elektrische Maschine 1 ist an einem Hydraulikblock 6 eines hydraulischen Bremssystems eines Fahrzeugs befestigt. Die Befestigung erfolgt mithilfe einer Schraube 7, die durch den Stator 2 geführt ist. Zum Bremssystem gehören außerdem ein Hydraulikzylinder 8, eine Elektronik 9 sowie ein als Getriebe ausgeführter Kennungswandler 10, der die kinematische Verbindung zwischen der Rotorwelle der elektrischen Maschine 1 und dem Hydraulikzylinder 8 herstellt.
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Eine Betätigung des Bremspedals des Bremssystems wird sensorisch erfasst und in der Elektronik 9 verarbeitet. In der Elektronik 9 werden Steuersignale zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 erzeugt, um den hydraulischen Bremsdruck im Bremssystem auf einen gewünschten Wert einzustellen. Der Hydraulikblock 6 enthält einen mechanischen Durchgriff des Bremspedals auf den Hydraulikzylinder 8 für den Fall eines Ausfalls der Bremskraftunterstützung über die elektrische Maschine 1 bzw. die Elektronik 9. Die elektrische Maschine 1 hat die Funktion eines Bremskraftverstärkers.
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Wie 1 in Verbindung mit 2 zu entnehmen, setzt sich der Stator 2 aus einer Vielzahl aufeinander geschichteter, erster und zweiter Einzellamellen 11 und 12 zusammen. Die Einzellamellen 11, 12 bilden mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Statorzähne zur Aufnahme von Statorwicklungen 13. Die ersten Einzellamellen 11 weisen einen kleineren Außendurchmesser als die zweiten Einzellamellen 12 auf. Die Schraube 7, über die die elektrische Maschine 1 am Hydraulikblock 6 befestigt ist, führt durch den radial überstehenden Ringbereich der größeren Einzellamellen 12 hindurch, ohne die kleineren Einzellamellen 11 zu berühren.
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Zwischen den axialen Stirnseiten sind die Einzellamellen 11 mit reduziertem Durchmesser zu Lamellenpaketen von zwei unmittelbar aufeinander liegenden Lamellen zusammengefügt, auf die beidseitig jeweils eine Einzellamelle 12 mit größerem Durchmesser folgt. Lediglich an der dem Hydraulikblock 6 zugewandten Stirnseite befinden sich zwei größere Einzellamellen 12 unmittelbar aufeinander folgend. Hierdurch ergibt sich eine gestufte Mantelfläche des Stators, wodurch die Wärmeabgabe an die Umgebung verbessert ist. Der Außendurchmesser der größeren Einzellamellen 12 übersteigt den Außendurchmesser der kleineren Einzellamellen 11 beispielsweise um mindestens 10 %.
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Die elektrische Maschine 1 weist kein aufnehmendes Gehäuse auf. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen ist die Außenseite des Stators 2 mit einer Schutzschicht 14 versehen (2), die die gesamte Mantelfläche überzieht und sich zumindest teilweise auch über die beiden axialen Stirnseiten des Stators 2 erstreckt. Die Schutzschicht 14 ist beispielsweise als Pulverbeschichtung ausgeführt; in Betracht kommt auch eine Lackschicht als Schutzschicht. Sowohl die Pulverbeschichtung als auch die Lackschicht werden vorzugsweise im bereits paketierten Zustand auf den Stator 2 aufgebracht, um zu gewährleisten, dass die Übergänge zwischen den Einzellamellen 11, 12 geschützt sind. Die Schutzschicht 14 bildet aufgrund des Fehlens eines aufnehmenden Gehäuses die Außenseite der elektrischen Maschine 1.
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Die Rotorwelle 4 ist in Lagern 15, 16 drehend gelagert, die in stirnseitigen Lagerschilden 17 und 18 aufgenommen sind. Der Lagerschild 17 befindet sich an dem Hydraulikblock 6, wobei die Abdichtung zwischen dem Stator 2 und dem Hydraulikblock 6 über einen ersten Dichtring 19 erfolgt, der zwischen der zugewandten Stirnseite des Stators 2 und der Hydraulikblockaußenseite angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, den Lagerschild 17 unmittelbar an dem Stator 2 anzuordnen.
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Auf der axial gegenüberliegenden Seite ist ein zweiter Dichtring 20 zur Abdichtung des Rotorraums zwischen der Stirnseite des Stators 2 und dem Lagerschild 18 angeordnet. Die axiale Anpresskraft des Lagerschilds 18 in Richtung auf den Stator 2 erfolgt über die Schraube 7, die durch die Einzellamellen 11, 12 des Stators 2 sowie durch den Lagerschild 18 geführt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2003/0127933 A1 [0002]
