DE102016207432A1

DE102016207432A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102016207432A1
Application number: DE102016207432.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bäck; Nicolai Schmölzer; Gerd Schlager
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2016-12-29

Abstract

Elektrische Maschine umfassend einen Stator (1), wobei der Stator (1) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und entlang seines Außenumfangs (2) mehrere Längsnuten (3) aufweist, die sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken, einen Rotor (16) mit einer Rotorwelle, wobei der Rotor (16) von dem Stator (1) außenumfänglich umgeben ist, einen Verschaltring (4), wobei der Verschaltring (4) im Bereich einer Stirnseite (5) des Stators (1) angeordnet ist, und einen Lagerträger (6), wobei der Lagerträger (6) mehrere, nämlich der Anzahl der Längsnuten (3) des Stators (1) entsprechend viele Längselemente (7) aufweist, die in den Längsnuten (3) des Stators (1) angeordnet sind, so dass ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund (8) gebildet wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Maschine.
Stand der Technik
In modernen Kraftfahrzeugen finden elektrische Maschinen in Form von Elektromotoren und/oder Generatoren vielfach Anwendung. So werden beispielsweise Verdichter-Systeme vermittels Elektromotoren angetrieben, oder sie dienen der Initiierung der Aktuierung von Lamellenkupplungen, etc.
Elektrische Maschinen sind in vielerlei Applikationen als Innenläufer-Elektromotoren ausgeführt – das heißt, dass der Rotor des Elektromotors auf der Motorwelle angeordnet ist und vom Stator umgeben ist. Hierbei sind die exakte Zentrierung des Rotors und/oder der Motorwelle innerhalb des Stators und auch die Lagerung der Motorwelle von enormer Bedeutung. Des Weiteren ist oftmals ein geringer Bauraumbedarf bei einfacher und kostengünstiger Herstellung gewünscht.
Oftmals werden um Lager zur Lagerung der Motorwelle innerhalb einer oben beschriebenen elektrischen Maschine anzuordnen Lagerschilde bzw. Lagerträger eingesetzt. Diese Lagerschilde bzw. Lagerträger sind in den meisten Fällen an einem Gehäuse der elektrischen Maschine oder am Stator selbst befestigt.
Dabei kommen meist gängige Verbindungsmethoden, wie Schrauben, Nieten, Kleben, etc., zum Einsatz.
So beschriebt die Druckschrift DE 20 56 640 beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Stators für Elektromotoren oder andere elektrische Maschinen. Der Stator weist im Bereich seiner Wicklungsköpfe kappenartige Lagerschilde auf. Die Lagerschilde umfassen eine Bohrung die dazu dient ein Rotorlager aufzunehmen. Die Lagerschilde werden dabei insbesondere durch Kleben oder Eingießen befestigt.
Die Druckschrift DE 1005170 beschriebt beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von kleinen elektrischen Maschinen mit angegossenen oder angespritzten Lagerträgern und ein Verfahren zum Umgießen des Lagerträgers um die Lagerzapfen der Welle. Dabei werden zwei offen ausgeführte Lagerträger durch Gießen oder durch thermoplastisches Umpressen an den Ständer (Stator) angegossen bzw. angespritzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine elektrische Maschine der genannten Art zu verbessern und insbesondere eine sichere und bauraumoptimierte Konstruktion der elektrischen Maschine darzustellen. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein simples und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorzustellen.
Die Lösung des ersten Aspekts der Aufgabe erfolgt durch eine elektrische Maschine umfassend einen Stator, wobei der Stator im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und entlang seines Außenumfangs mehrere Längsnuten aufweist, die sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken, einen Rotor mit einer Rotorwelle, wobei der Rotor von dem Stator außenumfänglich umgeben ist, einen Verschaltring, wobei der Verschaltring im Bereich einer Stirnseite des Stators angeordnet ist, und einen Lagerträger, wobei der Lagerträger mehrere, nämlich der Anzahl der Längsnuten des Stators entsprechend viele Längselemente aufweist, die in den Längsnuten des Stators angeordnet sind, so dass ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund gebildet wird.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Stator, einen Rotor, einen Verschaltring und einen Lagerträger auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Stator im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und umschließt den Rotor. Zudem weist der Stator erfindungsgemäß entlang seines Außenumfangs mehrere Längsnuten auf, die sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken.
Eine „axiale Richtung“ beschreibt eine Richtung entlang der Längsachse des Stators.
Erfindungsgemäß ist der Rotor drehfest auf einer Rotorwelle angeordnet.
Der Verschaltring ist gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich einer Stirnseite des Stators angeordnet und dient der Verschaltung von Statorwicklungen des Stators.
Der Lagerträger weißt erfindungsgemäß mehrere, nämlich der Anzahl der Längsnuten des Stators entsprechend viele Längselemente auf. Die Längselemente sind in den Längsnuten des Stators angeordnet, wobei derart ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund gebildet wird.
Durch die direkte Anordnung des Lagerträgers am Stator entfällt die Notwendigkeit der Zentrierung des Lagerträgers an beispielsweise einem Gehäuse der elektrischen Maschine.
Bevorzugt sind die Längselemente des Lagerträgers derart ausgebildet, dass sie im Bereich der Längsnuten am Außenumfang des Stators angeordnet sind und zudem in radialer Richtung gegen den Stator gedrückt und/oder gepresst sind.
Eine „radiale Richtung“ beschreibt eine Richtung entlang der Querachse des Stators.
Vermittels einer derartigen Presspassung wird eine einfache erste Fixierung des Lagerträgers an dem Stator erzielt.
Vorzugsweise ist der Lagerträger in axialer Richtung zwischen dem Stator und dem Verschaltring angeordnet, so dass derart ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund gebildet wird.
Durch die Anordnung des Lagerträgers im Bereich der Stirnseite des Stators zwischen dem Stator und dem Verschaltring wird der Bauraum zwischen Stator und Verschaltring genutzt und es ergibt sich ein kompaktes und bauraumoptimiertes Design des Stator/Lagerträger/Verschaltring Verbunds.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund zumindest teilweise von einer Vergussmasse umgeben.
Die Vergussmasse ist bevorzugt ein Kunststoff.
Die Vergussmasse ist vorzugsweise elektrisch isolierend, thermisch gut leitfähig.
Vermittels der zumindest teilweisen Ummantelung des Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbunds mit Vergussmasse kann eine sichere Fixierung des Lagerträgers und/oder des Verschaltrings an dem Stator erreicht werden. Des Weiteren können durch eine gezielte Ummantelung einzelner Teile des Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbunds diese Teile beispielsweise vor äußeren Einflüssen, wie Nässe etc., geschützt werden.
Eine Ummantelung von Statorwicklungen des Stators kann diese zum Beispiel elektrisch isolieren.
Es ist von Vorteil, wenn die Längsnuten entlang des Außenumfangs des Stators voneinander gleichmäßig beabstandet angeordnet sind.
Vorteilhafterweise ist der Stator aus mehreren Statorsegmenten mit mehreren Statorwicklungen aufgebaut, wobei jeweils eine der Längsnuten am Außenumfang des Stators im Bereich zwischen jeweils zwei Statorwicklungen des Stators ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist der Lagerträger spinnenartig ausgebildet, wobei dabei die Längselemente des Lagerträgers die Spinnenbeine ausbilden.
Bevorzugt sind die Längselemente des Lagerträgers zumindest teilweise derart ausgebildet, dass sie im Bereich eines Endabschnitts auf der dem Stator zugewandten Seite eine Abschrägung aufweisen.
Die Längselemente des Lagerträgers erstrecken sich vorteilhafterweise zumindest teilweise entlang der Längsnuten am Außenumfang des Stators.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kontur der Längselemente des Lagerträgers im Wesentlichen der Kontur der Längsnuten am Außenumfang des Stators entspricht.
Des Weiteren besonders vorteilhaft weist der Lagerträger eine Öffnung auf in der ein Lager zur Lagerung der Rotorwelle des Rotors angeordnet ist.
Die Lösung des zweiten Aspekts der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor beschriebenen elektrischen Maschine, umfassend die Schritte:

– Aufschieben eines Lagerträgers auf einen Stator im Bereich einer Stirnseite des Stators in einer Richtung entlang der Längsachse des Stators, wobei der Lagerträger mehrere, nämlich der Anzahl der Längsnuten des Stators entsprechend viele Längselemente aufweist, die in den Längsnuten des Stators geschoben werden;
– Anordnen eines Verschaltrings auf dem Lagerträger im Bereich der Stirnseite des Stators, so dass ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund (8) gebildet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst im Wesentlichen zwei Verfahrensschritte: zum einen das Aufschieben eines Lagerträgers auf einen Stator im Bereich einer Stirnseite des Stators und zum anderen das Anordnen eines Verschaltrings auf dem Lagerträger im Bereich der Stirnseite des Stators.
Erfindungsgemäß werden Längselemente des Lagerträgers in einer Richtung entlang der Längsachse des Stators (in axialer Richtung) in Längsnuten des Stators geschoben.
Gemäß des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt danach das Anordnen des Verschaltrings auf dem Lagerträger. Dadurch wird der Lagerträger in axialer Richtung in dem Bereich der Stirnseite des Stators angeordnet. Derart wird erfindungsgemäß ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund gebildet.
Vorzugsweise wird der Lagerträger in axialer Richtung in dem Bereich der Stirnseite des Stators im Bereich zwischen dem Stator selbst und dem Verschaltring angeordnet.
Der Stator weist bevorzugt mehrere Statorsegmente und mehrere Statorwicklungen auf, wobei die Statorwicklungen des Stators vermittels des Verschaltrings verschaltet werden.
Besonders bevorzugt wird der der Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund zumindest teilweise vermittels einer Vergussmasse ummantelt wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen beispielhaften Stator.
2 zeigt einen beispielhaften Lagerträger.
3 zeigt einen beispielhaften Lagerträger/Stator-Verbund.
4 zeigt einen Querschnitt durch einen Lagerträger/Stator-Verbund.
5 zeigt einen beispielhaften Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund.
6 zeigt einen beispielhaften Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund umgeben von Vergussmasse.
7 zeigt einen Längsschnitt der 6.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen Stator 1, einen Rotor 16, einen Verschaltring 4 und einen Lagerträger 6 auf.
1 zeigt einen beispielhaften Stator 1 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Der Stator 1 umfasst mehrere Statorsegmente 10 und mehrere Statorwicklungen 11. Der in 1 dargestellte beispielhafte Stator 1 weist sechs Statorsegmente 10 und sechs Statorwicklungen 11 auf. Jeweils eine Statorwicklung 11 wird auf jeweils einen Statorzahn 18 eines Statorsegments 10 gewickelt.
Der Stator 1 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist einen zentralen Hohlraum 15 auf. In dem zentralen Hohlraum 15 des Stators 1 ist ein Rotor 16 anordenbar.
Der Stator 1 umschließt somit den Rotor 16. Der Rotor 16 ist drehfest auf einer Rotorwelle angeordnet.
Zudem weist der Stator 1 entlang seines Außenumfangs 2 mehrere Längsnuten 3 auf, die sich in axialer Richtung erstrecken.
Jeweils eine der Längsnuten 3 am Außenumfang 2 des Stators 1 ist im Bereich zwischen jeweils zwei Statorwicklungen 11 des Stators 1 ausgebildet. Die Längsnuten 3 sind entlang des Außenumfangs 2 des Stators 1 gleichmäßig verteilt.
In 2 ist eine beispielhafte Ausführungsvariante eines Lagerträgers 6 der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine dargestellt.
Der Lagerträger 6 weißt mehrere, nämlich der Anzahl der Längsnuten 3 des Stators 1 entsprechend viele Längselemente 7 auf. Der beispielhafte Lagerträger 6 in 2 umfasst somit sechs Längselemente 7.
Der beispielhafte Lagerträger 6 ist spinnenartig ausgebildet, wobei dabei die Längselemente 7 des Lagerträgers 6 die Spinnenbeine ausbilden.
Der Lagerträger 6 weist zudem eine zentrale Öffnung 14 auf in der ein Lager zur Lagerung der Rotorwelle des Rotors 16 anordenbar ist.
Der Lagerträger 6 ist in einer axialen Richtung im Bereich der Stirnseite auf den Stator 1 (1) aufschiebbar, wobei die sechs Längselemente 7 der Lagerträgers 6 in die sechs Längsnuten 3 des Stators 1 geschoben werden und derart ein Stator/Lagerträger-Verbund 17 ausgebildet wird.
Die Längselemente 7 des Lagerträgers 6 sind derart ausgebildet, dass sie im Bereich eines Endabschnitts 12 auf der dem Stator 1 zugewandten Seite eine Abschrägung 13 aufweisen.
3 stellt einen Stator/Lagerträger-Verbund 17 dar.
Der Lagerträger 6 ist dabei im Wesentlichen im Bereich der Stirnseite 5 des Stators 1 angeordnet. Die zentrale Öffnung 14 des Lagerträgers 6 ist dabei im Bereich des zentralen Hohlraums 15 des Stators 1 angeordnet.
Die Längselemente 7 des Lagerträgers 6 sind in den Längsnuten 3 des Stators 1 angeordnet.
Dabei entspricht die Kontur der Längselemente 7 des Lagerträgers 6 im Wesentlichen der Kontur der Längsnuten 3 am Außenumfang 2 des Stators 1.
Durch die Ausbildung der Längselemente 7 und/oder des Lagerträgers 6 werden die Längselemente 7 im Bereich der Längsnuten 3 am Außenumfang 2 des Stators 1 in radialer Richtung gegen den Stator 1 gepresst sind.
4 zeigt einen Querschnitt durch den in 3 dargestellten Stator/Lagerträger-Verbund 17.
Hierbei ist die Ausbildung des Stators 1 in mehrere Statorsegmente 10 ersichtlich.
Zudem sind die um jeweils einen Statorzahn 18 gewickelten Statorwicklungen 11 im Querschnitt abgebildet.
Des Weiteren sind die Längselemente 7 des Lagerträgers 6 im Querschnitt und deren gleichmäßige Aufteilung entlang des Außenumfangs 2 des Stators 1 ersichtlich.
In 4 ist ein beispielhafter Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund 8 dargestellt.
Der Verschaltring 4 ist im Bereich einer Stirnseite 5 des Stators 1 auf dem Lagerträger 6 angeordnet.
Der Lagerträger 6 ist somit in axialer Richtung zwischen dem Stator 1 und dem Verschaltring 4 angeordnet.
6 zeigt den in 5 dargestellten beispielhaften Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund 8, wobei der Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund 8 teilweise von einer Vergussmasse 9 umgeben ist.
7 zeigt den in 6 dargestellten, teilweise mit Vergussmasse umgebenen Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund 8 in einem Längsschnitt. Hierbei ist insbesondere die Anordnung es Rotors 16 im zentralen Hohlraum 15 des Stators 1 schematisch dargestellt.
Des Weiteren ist in 7 die Längsachse 19 des Stators 1 schematisch dargestellt. Die Längsachse 19 des Stators 1 entspricht der Drehachse des Rotors 16.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Außenumfang (des Stators)
3: Längsnut
4: Verschaltring
5: Stirnseite (des Stators)
6: Lagerträger
7: Längselement
8: Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund
9: Vergussmasse
10: Statorsegment
11: Statorwicklung
12: Endabschnitt (des Längselements)
13: Abschrägung
14: Öffnung
15: Zentraler Hohlraum
16: Rotor
17: Stator/Lagerträger-Verbund
18: Statorzahn
19: Längsachse (des Stators)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2056640 [0006]
DE 1005170 [0007]

Claims

Elektrische Maschine umfassend – einen Stator (1), wobei der Stator (1) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und entlang seines Außenumfangs (2) mehrere Längsnuten (3) aufweist, die sich zumindest teilweise in axialer Richtung erstrecken; – einen Rotor (16) mit einer Rotorwelle, wobei der Rotor (16) von dem Stator (1) außenumfänglich umgeben ist; – einen Verschaltring (4), wobei der Verschaltring (4) im Bereich einer Stirnseite (5) des Stators (1) angeordnet ist; und – einen Lagerträger (6), wobei der Lagerträger (6) mehrere, nämlich der Anzahl der Längsnuten (3) des Stators (1) entsprechend viele Längselemente (7) aufweist, die in den Längsnuten (3) des Stators (1) angeordnet sind, so dass ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund (8) gebildet wird.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längselemente (7) des Lagerträgers (6) derart ausgebildet sind, dass sie im Bereich der Längsnuten (3) am Außenumfang (2) des Stators (1) in radialer Richtung gegen den Stator (1) gedrückt sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (6) in axialer Richtung zwischen dem Stator (1) und dem Verschaltring (4) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund (8) zumindest teilweise von einer Vergussmasse (9) umgeben ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten (3) entlang des Außenumfangs (2) des Stators (3) voneinander gleichmäßig beabstandet angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) aus mehreren Statorsegmenten (10) mit mehreren Statorwicklungen (11) aufgebaut ist, wobei jeweils eine der Längsnuten (3) am Außenumfang (2) des Stators (1) im Bereich zwischen jeweils zwei Statorwicklungen (11) des Stators (1) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (6) spinnenartig ausgebildet ist, wobei dabei die Längselemente (7) des Lagerträgers (6) die Spinnenbeine ausbilden.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längselemente (7) des Lagerträgers (6) zumindest teilweise derart ausgebildet sind, dass sie im Bereich eines Endabschnitts (12) auf der dem Stator (1) zugewandten Seite eine Abschrägung (13) aufweisen.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längselemente (7) des Lagerträgers (6) sich zumindest teilweise entlang der Längsnuten (3) am Außenumfang (2) des Stators (1) erstrecken.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Längselemente (7) des Lagerträgers (6) im Wesentlichen der Kontur der Längsnuten (3) am Außenumfang (2) des Stators (1) entspricht.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (6) eine Öffnung (14) aufweist in der ein Lager zur Lagerung der Rotorwelle des Rotors (16) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Maschine gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte: – Aufschieben eines Lagerträgers (6) auf einen Stator (1) im Bereich einer Stirnseite (5) des Stators (1) in einer Richtung entlang der Längsachse des Stators (1), wobei der Lagerträger (6) mehrere, nämlich der Anzahl der Längsnuten (3) des Stators (1) entsprechend viele Längselemente (7) aufweist, die in den Längsnuten (3) des Stators (1) geschoben werden; – Anordnen eines Verschaltrings (4) auf dem Lagerträger (6) im Bereich der Stirnseite (5) des Stators (1), so dass ein Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund (8) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (6) in axialer Richtung zwischen dem Stator (1) und dem Verschaltring (4) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) mehrere Statorsegmente (10) und mehrere Statorwicklungen (11) aufweist, wobei die Statorwicklungen (11) des Stators (1) vermittels des Verschaltrings (4) verschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator/Lagerträger/Verschaltring-Verbund (8) zumindest teilweise vermittels einer Vergussmasse (9) ummantelt wird.