DE102016215760A1

DE102016215760A1 - Rotor für eine Elektromaschine eines Fahrzeugs, Elektromaschine sowie Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016215760A1
Application number: DE102016215760.4A
Authority: DE
Inventors: Malte Estorf; Fritz Weikard
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN109643924A; WO2018036842A1; EP3504773A1; CN109643924B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine Elektromaschine (20) eines Fahrzeugs (30), zumindest aufweisend eine Zentralwelle (2), eine erste Haltescheibe (10) und eine zweite Haltescheibe (11), wobei erste Haltescheibe (10) und die zweite Haltescheibe (11) koaxial zur Zentralwelle (2) und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle (2) angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket (3), das zwischen den Haltescheiben (10, 11) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine (20) für ein Fahrzeug (30) mit einem Rotor (1), der Rotor (1) zumindest aufweisend eine Zentralwelle (2), eine erste Haltescheibe (10) und eine zweite Haltescheibe (11), wobei erste Haltescheibe (10) und die zweite Haltescheibe (11) koaxial zur Zentralwelle (2) und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle (2) angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket (3), das zwischen den Haltescheiben (10, 11) angeordnet ist sowie ein Fahrzeug (30) mit einer Elektromaschine (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Elektromaschine eines Fahrzeugs, zumindest aufweisend eine Zentralwelle, eine erste Haltescheibe und eine zweite Haltescheibe, wobei die erste Haltescheibe und die zweite Haltescheibe koaxial zur Zentralwelle und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket, das zwischen den Haltescheiben angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschine für ein Fahrzeug mit einem Rotor, der Rotor zumindest aufweisend eine Zentralwelle, eine erste Haltescheibe und eine zweite Haltescheibe, wobei die erste Haltescheibe und die zweite Haltescheibe koaxial zur Zentralwelle und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket, das zwischen den Haltescheiben angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Elektromaschine.
In der modernen Technik werden Elektromaschinen in verschiedensten Einsatzgebieten verwendet. So werden insbesondere in Fahrzeugen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, Elektromaschinen als Elektromotoren und/oder Generatoren eingesetzt. Dabei weisen derartige Elektromaschinen oftmals Rotoren mit einem Blechpaket, welches beispielsweise lamellenartig aufgebaut ist, auf. Bei einem Betrieb der Elektromaschine wird durch elektrische und/oder magnetische Felder ein auf dieses Blechpaket wirkende Drehmoment erzeugt, dass dann an eine Welle beziehungsweise Nabe der Elektromaschine übertragen werden muss.
Dabei ist bekannt, das Blechpaket in einem Presssitz an der Welle anzuordnen und auf diese Weise das Drehmoment vom Blechpaket auf die Welle zu übertragen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass für diesen Presssitz die jeweiligen Durchmesser des Blechpakets und der Welle exakt aufeinander abgestimmt sein müssen. Durch die damit einhergehenden geringen Toleranzen bei der Herstellung und Montage des Rotors entstehen jedoch hohe Fertigungskosten. Alternativ ist bekannt, für eine Übertragung eines Drehmoments das Blechpaket und die Welle über eine Passfeder miteinander mechanisch zu verbinden. Für eine derartige Passfeder muss jedoch die Welle eine ausreichende Dicke aufweisen, wodurch ein Materialeinsatz bei derartig ausgebildeten Rotoren erhöht ist. Auch damit gehen erhöhte Fertigungskosten einher. Ferner muss in allen Ausgestaltungen einer Anordnung des Blechpakets an der Welle berücksichtigt werden, dass die Funktion der Drehmomentübertragung insbesondere auch drehzahlabhängig ist, da die Bleche des Blechpakets und die Welle unter der Fliehkraft eine unterschiedliche Aufweitung erfahren.
Um diese Nachteile zu beheben ist bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2009 046 838 A1 , das Blechpaket zwischen zwei Haltescheiben anzuordnen. Das Blechpaket ist dabei zusätzlich an Verbindungselementen, die sich zwischen den Haltescheiben erstrecken, angeordnet. Ferner können die Haltescheiben über die Verbindungelemente gegeneinander verspannt werden, um das Blechpaket zwischen den Haltescheiben einzuklemmen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass durch die zusätzlichen Verbindungselemente der resultierende Rotor zum einen mechanisch aufwändig ausgebildet ist und somit eine Montage eines derartigen Rotors zeit- und damit kostenintensiv ist. Zusätzlich vergrößern insbesondere die Verbindungselemente ein Trägheitsmoment des Rotors, ohne dass sie zu einer verbesserten Leistung des Rotors beitragen. So müssen insbesondere auch die durch die Verbindungselemente hervorgerufenen Fliehkräfte zusätzlich durch mechanische Spannungen kompensiert werden. Auch sind die Verbindungselemente im Inneren des Blechpakets angeordnet, so dass dieses nicht optimal für eine Generierung eines Drehmoments und damit für einen der eigentlichen Hauptzwecke einer Elektromaschine ausgelegt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die voranstehend beschriebenen Nachteile eines Rotors für eine Elektromaschine eines Fahrzeugs zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor für eine Elektromaschine eines Fahrzeugs bereitzustellen, der in einfacher und kostengünstiger Weise mechanisch möglichst einfach ausgestaltet ist.
Die voranstehende Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. In diesem Zusammenhang steht auch eine Elektromaschine gemäß Anspruch 9 sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotor beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektromaschine, dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Rotor für eine Elektromaschine eines Fahrzeugs, zumindest aufweisend eine Zentralwelle, eine erste Haltescheibe und eine zweite Haltescheibe, wobei die erste Haltescheibe und die zweite Haltescheibe koaxial zur Zentralwelle und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket, das zwischen den Haltescheiben angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßer Rotor ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Haltescheibe und die zweite Haltescheibe jeweils ein Federelement umfassen, wobei das Blechpaket durch eine auf das Blechpaket wirkende Klemmkraft der Federelemente kraftschlüssig zwischen den Haltescheiben befestigt ist.
Ein erfindungsgemäßer Rotor ist zur Anwendung in einer Elektromaschine eines Fahrzeugs vorgesehen. Dabei kann das Fahrzeug bevorzugt als ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein gleisloses Landkraftfahrzeug, ausgebildet sein. Soweit technisch sinnvoll und möglich kann ein erfindungsgemäßer Rotor auch bei weiteren, insbesondere stationär angeordneten, Elektromaschinen eingesetzt werden. Dabei weist ein erfindungsgemäßer Rotor eine Zentralwelle auf, die den gesamten Rotor durchzieht. Diese Zentralwelle kann dabei einteilig ausgebildet sein oder alternativ auch aus mehreren Elementen bestehen. So kann eine derartige mehrteilige Ausgestaltung einer Zentralwelle neben zwei Wellenenden, die insbesondere für eine mechanische Wirkverbindung des Rotors zum Beispiel zu einer Abtriebsseite der Elektromaschine vorgesehen sind, auch ein Zentralelement aufweisen. Dieses Zentralelement kann dabei beispielsweise als ein zentrales Hohlrohr oder als dezentrale Spannelemente ausgebildet sein. Durch die Zentralwelle, deren Achse bevorzugt koaxial zur Achse des Rotors ist beziehungsweise durch die diese Achse des Rotors gebildet ist, erlangt der Rotor Stabilität. An der Zentralwelle sind eine erste Haltescheibe und eine zweite Haltescheibe angeordnet, die bevorzugt zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Die Haltescheiben sind dabei koaxial zur Zentralwelle und somit, in der bevorzugten Ausgestaltungsform, koaxial zur Achse des Rotors angeordnet. Auch sind die Haltescheiben bevorzugt derart angeordnet, dass ihre Scheibenflächen, die einander zugewandt sind, parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander orientiert sind. Eine Unwucht des Rotors kann dadurch zumindest deutlich vermindert oder bevorzugt vermieden werden. Ferner sind die Haltescheiben zueinander beabstandet an der Zentralwelle angeordnet. Mit anderen Worten ist somit zwischen den Haltescheiben ein Anordungsbereich gebildet. In diesem Anordnungsbereich ist nun bei einem erfindungsgemäßen Rotor ein Blechpaket angeordnet. Das Blechpaket kontaktiert dabei beide Haltescheiben und wird durch diese in Position gehalten. Ein darüber hinausgehender direkter Kontakt beziehungsweise ein Berühren des Blechpakets und der Zentralwelle ist nicht zwingend nötig.
Besonders bedeutsam ist bei einem erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen, dass die erste Haltescheibe und die zweite Haltescheibe jeweils ein Federelement umfassen, wobei das Blechpaket durch eine auf das Blechpaket wirkende Klemmkraft der Federelemente kraftschlüssig zwischen den Haltescheiben befestigt ist. Ein Federelement im Sinne der Erfindung kann dabei insoweit beliebig ausgebildet sein, als das Federelement zum Ausüben einer Klemmkraft auf das Blechpaket ausgebildet ist. Das jeweilige Federelement kann dabei beispielsweise ein zur restlichen Haltescheibe zusätzliches Element darstellen, beispielsweise ausgebildet als eine Blattfeder. Auch eine Ausgestaltung der Haltescheiben, vollständig oder zumindest teilweise, als Federelement ist möglich. Durch die Federelemente wird jeweils eine Klemmkraft auf das Blechpaket ausgeübt. Dabei sind die beiden Klemmkräfte der ersten und der zweiten Haltescheibe bevorzugt einander entgegengesetzt. Auf diese Weise kann bereitgestellt werden, dass das Blechpaket zwischen beziehungsweise an den Haltescheiben kraftschlüssig befestigt ist. Die Klemmkräfte sind dabei insbesondere derart groß ausgebildet, dass während eines Betriebs der Elektromaschine eine Übertragung eines Drehmoments vom Blechpaket über die Haltescheiben auf die Zentralwelle beziehungsweise umgekehrt erfolgt und sichergestellt ist. Zusätzliche Befestigungsvorrichtungen können somit vermieden werden. Auch Vorrichtungen zum Verspannen der beiden Haltescheiben gegeneinander sind bei einem erfindungsgemäßen Rotor nicht zwingend erforderlich. Ferner kann durch die Klemmkräfte der Federelemente ein Setzverhalten des Blechpakets, beispielsweise hervorgerufen durch Temperaturschwankungen oder Reibung, besonders einfach und sicher ausgeglichen werden. Eine sichere Befestigung des Blechpakets zwischen den Haltescheiben kann somit durch die Federelemente zu jeder Zeit bereitgestellt werden. Insgesamt ist somit ein erfindungsgemäßer Rotor mechanisch einfach und kompakt aufgebaut. Auch eine Montage eines erfindungsgemäßen Rotors ist vereinfacht, da das Blechpaket nur zwischen den Haltescheiben angeordnet werden muss und die eigentliche Befestigung des Blechpakets automatisch durch die Federelemente bereitgestellt wird. Ferner sind auch keine Befestigungselemente nötig, an denen das Blechpaket angeordnet, insbesondere aufgefädelt werden muss. Bei der Planung und Konstruktion des Blechpakets kann dieses somit optimal an die zu erwartenden elektrischen Felder in der Elektromaschine und an die mechanischen Spannungen, die durch Fliehkräfte im Blechpaket hervorgerufen werden, ausgelegt werden, ohne dass Randbedingungen, die durch derartige Befestigungselemente erzeugt werden würden, berücksichtigt werden müssen. Ein verbesserter Betrieb einer Elektromaschine mit einem derartigen erfindungsgemäßen Rotor kann somit bereitgestellt werden.
Bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen sein, dass die Haltescheiben als Tellerfedern ausgebildet sind. Auf diese Weise kann besonders einfach bereitgestellt werden, dass die Haltescheiben selbst als Federelemente ausgebildet sind. Eine nochmals gesteigerte Einfachheit und Kompaktheit eines erfindungsgemäßen Rotors kann dadurch erreicht werden. Ferner kann durch eine Tellerfeder besonders einfach die Klemmkraft radial umlaufend auf das Blechpaket ausgeübt werden. Das Blechpaket wird somit über den gesamten Umfang der Tellerfeder und damit der Haltescheibe mit der Klemmkraft beaufschlagt, wodurch eine besonders gute und sichere Befestigung des Blechpakets zwischen den Haltescheiben bereitgestellt werden kann.
Auch kann ein erfindungsgemäßer Rotor dahingehend ausgebildet sein, dass eine axiale Dicke der Haltescheiben zumindest abschnittsweise radial nach außen abnimmt. Mit anderen Worten ist eine axiale Erstreckung der Haltescheiben, also eine Erstreckung parallel zur Zentralwelle, zumindest abschnittsweise nahe der Zentralwelle größer als weiter entfernt von der Zentralwelle. Diese Ausgestaltungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Haltescheiben als Tellerfedern ausgebildet sind. Bei einer Anordnung des Blechpakets zwischen den Haltescheiben kann es zu einer Verformung der Haltescheiben kommen. Durch eine, insbesondere entsprechend ausgebildete, Abnahme einer axialen Dicke der Haltescheiben kann dabei erreicht werden, dass die durch die Verformung entstehenden Spannungen in den Haltescheiben über eine radiale Erstreckung der Haltescheiben konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant sind. Eine optimale Ausnutzung beziehungsweise Verteilung einer Beanspruchung des Materials der Haltescheiben durch gleichmäßig hohe Spannungen im Inneren der Haltescheiben kann dadurch bereitgestellt werden.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Rotor vorgesehen sein, dass die Haltescheiben jeweils einen Wuchtungsbereich aufweisen, wobei der Wuchtungsbereich insbesondere an einem radialen Rand der jeweiligen Haltescheibe angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßer Rotor ist insbesondere für eine Elektromaschine vorgesehen, die mit hohen Drehzahlen betrieben werden soll. Dazu ist es notwendig oder zumindest vorteilhaft, den Rotor unwuchtfrei oder zumindest im Wesentlichen unwuchtfrei auszugestalten. Um eine Unwucht, die bei der Montage eines Rotors oftmals nicht vollständig vermieden werden kann, zu verringern oder insbesondere sogar gänzlich zu entfernen, kann ein erfindungsgemäßer Rotor ausgewuchtet werden. Dafür weist ein erfindungsgemäßer Rotor einen Wuchtungsbereich auf. Der Wuchtungsbereich kann dabei lokal durch eine Hinzufügung oder Wegnahme von Material verändert werden, um ein Auswuchten des Rotors vorzunehmen. Durch die Anordnung des Wuchtungsbereichs bevorzugt umlaufend an einem radialen Rand der jeweiligen Haltescheibe kann ein besonders großer radialer Abstand des Wuchtungsbereichs von der Drehachse des Rotors bereitgestellt werden, wodurch die Auswuchtung besonders effektiv und einfach vorgenommen werden kann.
Ein erfindungsgemäßer Rotor kann ferner dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Wuchtungsbereich der jeweiligen Haltescheibe durch eine, insbesondere radial umlaufende, Verdickung der Haltescheibe ausgebildet ist. Eine derartige Verdickung kann dabei beispielsweise zylinderartig oder torusartig ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Verdickung drehsymmetrisch ausgebildet. Durch eine derartige Verdickung kann ein subtraktives Auswuchten, also ein Auswuchten durch eine Entfernung von Material, besonders einfach vorgenommen werden. Durch die Verdickung kann insbesondere sichergestellt werden, dass trotz einer derartigen Entfernung von Material keine Verminderung der Stabilität des Wuchtungsbereichs und damit der gesamten Haltescheibe auftritt. Im Vergleich zu einer additiven Auswuchtung, bei der Material, beispielsweise ein Ausgleichsgewicht, dem Wuchtungsbereich hinzugefügt wird, ist bei einer subtraktiven Auswuchtung kein zusätzlicher Bauraum für das Ausgleichsgewicht erforderlich. Auch aufwändige Verbindungen eines Ausgleichsgewichts am Wuchtungsbereich, beispielsweise durch Verbindungselemente wie zum Beispiel Madenschrauben oder durch eine stoffschlüssige Verbindung wie zum Beispiel durch einen Schweißpunkt, können durch einen Wuchtbereich für eine subtraktive Auswuchtung vermieden werden. Der Auswuchtvorgang eines erfindungsgemäßen Rotors kann somit durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Rotors deutlich vereinfacht werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Rotors kann ferner vorgesehen sein, dass die Wuchtungsbereiche jeweils einen Anordnungsabschnitt für ein Anordnen des Blechpakets aufweisen, wobei die Anordnungsabschnitte insbesondere jeweils ein Isolationselement aufweisen. Dabei stellen die Wuchtungsbereiche besonders stabile Abschnitte der Haltescheiben dar, insbesondere wenn sie als Verdickungen der Haltescheiben ausgebildet sind. Eine Anordnung des Blechpakets an diesen Abschnitten ist somit besonders sicher und stabil. Wie oben bereits ausgeführt können sich die Wuchtungsbereiche ferner bevorzugt radial außen an den Haltescheiben befinden und können darüber hinaus bevorzugt als Verdickungen ausgebildet sein. Durch diese Merkmale wird eine Eignung der Wuchtungsbereiche für ein Anordnen des Blechpakets weiter gesteigert. Durch speziell vorgesehene Anordnungsabschnitte kann dabei das Anordnen und Befestigen des Blechpakets an den Haltescheiben noch weiter verbessert werden. So können die Anordnungsabschnitte beispielsweise eine entsprechend ausgebildete Oberfläche aufweisen, um eine Reibung mit dem Blechpaket zu vergrößern. Ein Verrutschen und/oder Verschieben des Blechpakets relativ zu den Haltescheiben kann dadurch verhindert oder zumindest deutlich erschwert werden. Durch das Vorhandensein eines Isolationselements kann ferner auch eine elektrisch und/oder magnetisch isolierende Ausgestaltung der Anordnungsabschnitte bereitgestellt werden. Eine elektrische und/oder magnetische Isolierung des Blechpakets von den Haltescheiben kann auf diese Weise besonders einfach erreicht werden. Ein Einleiten elektrischer und/oder magnetischer Störungen über die Haltescheiben in die restliche Elektromaschine beziehungsweise darüber hinaus kann auf diese Weise verhindert oder zumindest deutlich eingeschränkt werden.
Ferner kann ein erfindungsgemäßer Rotor dahingehend ausgebildet sein, dass die Zentralwelle zumindest dreiteilig ausgebildet ist und ein erstes Wellenende, ein zweites Wellenende und ein Zentralelement aufweist, wobei die erste Haltescheibe mit dem ersten Wellenende und die zweite Haltescheibe mit dem zweiten Wellenende einstückig, insbesondere monolithisch, ausgebildet sind, und wobei das Zentralelement zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenende und koaxial zu diesen angeordnet ist, und wobei insbesondere das Zentralelement als ein Hohlrohr ausgebildet ist. In dieser bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Rotors sind insbesondere die Haltescheiben und die Wellenenden jeweils als ein einstückiges Bauteil ausgebildet. Bevorzugt sind dabei die jeweilige Haltescheibe und das jeweilige Wellenende monolithisch angefertigt, also in einem einzigen, gemeinsamen Herstellungsprozess gefertigt. Dadurch kann eine Übertragung eines Drehmoments von den Haltescheiben auf die Wellenenden, und damit auf die Zentralwelle, besonders einfach verlustfrei bereitgestellt werden. Durch das Zentralelement, das zwischen den Wellenenden angeordnet ist, kann eine Stabilität des gesamten Rotors erreicht oder zumindest verbessert werden. Insbesondere durch die koaxiale Anordnung der beiden Wellenenden und des Zentralelements bilden diese drei Elemente bevorzugt die Zentralwelle eines erfindungsgemäßen Rotors. Dabei ist das Zentralelement bevorzugt an beiden Wellenenden befestigt und fixiert somit deren axialen Abstand. Besonders bevorzugt kann dabei durch das Zentralelement eine Zugspannung zwischen den beiden Wellenenden und damit zwischen den beiden Haltescheiben hervorgerufen werden, die das Blechpaket zwischen den Haltescheiben einspannt. Die Klemmkraft der Federelemente kann durch diese Zugspannung ebenfalls hervorgerufen und/oder verstärkt werden. Eine Steigerung einer Sicherheit der Befestigung des Blechpakets zwischen den Haltescheiben kann auf diese Weise besonders einfach bereitgestellt werden. Auch kann auf diese Weise das Zentralelement bevorzugt momentfrei zwischen den Haltescheiben angeordnet sein. Mit anderen Worten kann das Zentralelement auf diese Weise von der Funktion der Momentenübertragung zwischen dem Blechpaket und den Wellenenden der Zentralwelle befreit werden. Eine besonders dünnwandige Ausgestaltung des Zentralelements kann dadurch ermöglicht werden, wodurch durch das Zentralelement selbst ein Teil der Federwirkung zwischen den beiden Haltescheiben bereitgestellt beziehungsweise erzeugt werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Zentralelement als eine Hohlwelle ausgebildet, wodurch ein Gewicht eines erfindungsgemäßen Rotors vermindert werden kann. Dies ist insbesondere für ein Erreichen besonders hoher Drehzahlen von Vorteil.
Auch kann ein erfindungsgemäßer Rotor dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Zentralelement mit den Wellenenden vernietet und/oder verschraubt und/oder verschweißt ist. Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Zentralelement drehfest mit den beiden Wellenenden verbunden beziehungsweise an diesen befestigt ist. Ein Verdrehen der beiden Wellenenden und somit der beiden Haltescheiben gegeneinander kann auf diese Weise besonders einfach vermieden werden. Ein Drehmoment, das beim Betrieb der Elektromaschine auf das Blechpaket wirkt, kann somit direkt über die Zentralwelle abgeleitet werden, ohne dass Verluste durch ein internes Verdrehen der Zentralwelle beziehungsweise deren Bauelemente auftreten. Dabei ist erfindungsgemäß unter vorgenannten Verbindungsarten eine Verschraubung, bei der insbesondere das Zentralelement als Zentralschraube ausgebildet ist, besonders bevorzugt. Dies ist darin begründet, da durch eine derartige Verschraubung ein axialer Abstand der Wellenenden und damit der Haltescheiben bei einer Montage eines erfindungsgemäßen Rotors besonders einfach und insbesondere zumindest teilweise variabel eingestellt werden kann. Insbesondere die oben bereits angeführte zusätzliche Zugspannung zwischen den Haltescheiben kann durch ein derartiges Verschrauben des Zentralelements mit den Wellenenden besonders einfach bereitgestellt werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Elektromaschine für ein Fahrzeug mit einem Rotor, der Rotor zumindest aufweisend eine Zentralwelle, eine erste Haltescheibe und eine zweite Haltescheibe, wobei die erste Haltescheibe und die zweite Haltescheibe koaxial zur Zentralwelle und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket, das zwischen den Haltescheiben angeordnet ist. Eine erfindungsgemäße Elektromaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Damit bringt eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug mit einer Elektromaschine. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung die die gleichen Vorteile mit sich, wie eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Ferner ist eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mit einem Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Somit bringt ein Fahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, das eine erfindungsgemäße Elektromaschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist, die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Dabei kann ein erfindungsgemäßes Fahrzeug bevorzugt als ein Kraftfahrzeug, insbesondere als ein gleisloses Landkraftfahrzeug, ausgebildet sein.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen bedeutsam, insbesondere erfindungswesentlich, sein. Elemente mit gleicher Funktion und/oder Wirkungsweise sind dabei in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,
2 eine Teilansicht einer zweiten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,
3 eine Teilansicht einer dritten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Rotors, und
4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rotor 1, der in einer erfindungsgemäßen Elektromaschine 20 (nicht mit abgebildet) eingesetzt werden kann. Dabei weist der erfindungsgemäße Rotor 1 eine Zentralwelle 2 auf, die in dieser Ausgestaltungsform dreiteilig ausgebildet ist. So bilden ein erstes Wellenende 4 und ein zweites Wellenende 5 die Enden der Zentralwelle 2. Die Wellenenden 4, 5 sind in Lagervorrichtungen 9 drehbar gelagert. Zwischen den Wellenenden 4, 5 ist ein Zentralelement 6 angeordnet, das in dieser Ausgestaltungsform als Hohlrohr 7 ausgebildet ist. Die Wellenenden 4, 5 und das Zentralelement 6 sind jeweils paarweise koaxial zueinander angeordnet, so dass diese Elemente insgesamt auch koaxial zur Zentralwelle 2 angeordnet sind. Durch ein Gewinde 8 können für die Befestigung die Wellenenden 4, 5 und das Zentralelements 6 miteinander verschraubt werden. In diesem Fall ist das Zentralelement 6 als Zentralschraube ausgebildet. Alternativ kann das Zentralelement 6 mit den Wellenenden 4, 5 beispielsweise auch vernietet oder verschweißt sein. Ferner weist der abgebildete erfindungsgemäße Rotor 1 eine erste Haltescheibe 10 und eine zweite Haltescheibe 11 auf, wobei die erste Haltescheibe 10 mit dem ersten Wellenende 4 und die zweite Haltescheibe 11 mit dem zweiten Wellenende 5 jeweils einstückig ausgebildet sind. Bevorzugt sind die Haltescheiben 10, 11 und das jeweils entsprechende Wellenende 4, 5 monolithisch in einem einzigen Herstellungsprozess gefertigt. Die Haltescheiben 10, 11 weisen dabei jeweils ein Federelement 12 auf, wobei in der abgebildeten bevorzugten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 die Haltescheiben 10, 11 selbst als Tellerfedern 13 und damit als Federelemente 12 ausgebildet sind. Zwischen den Haltescheiben 10, 11 ist ein Blechpaket 3 angeordnet. Während des Betriebs der Elektromaschine 20 wird durch elektrische Felder auf das Blechpaket 3 ein Drehmoment ausgeübt, dass über die Haltescheiben 10, 11 in die Zentralwelle 2 übertragen wird. Um dies bereitstellen zu können, wird das Blechpaket 3 durch die Federelemente 12 beziehungsweise durch die als Tellerfedern 13 ausgebildeten Haltescheiben 10, 11 mit einer Klemmkraft beaufschlagt und auf diese Weise zwischen den Haltescheiben 10, 11 kraftschlüssig befestigt. Zusätzliche Haltevorrichtungen, beispielsweise Anordnungselemente, an denen das Blechpaket 3 angeordnet ist und die sich zum Beispiel zwischen den Haltescheiben 10, 11 und durch das Blechpaket 3 erstrecken, sind nicht nötig. Dabei kann durch eine zumindest abschnittsweise vorhandene Abnahme der axialen Dicke 14 der Haltescheiben 10, 11 beziehungsweise der Tellerfedern 13 radial nach außen bereitgestellt werden, dass die bei der Erzeugung der Klemmkraft auftretenden Spannungen in den Haltescheiben 10, 11 zumindest im Wesentlichen konstant sind. Bei der dargestellten Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Rotors 1 kann durch die Verschraubung zwischen dem Zentralelement 6 und den Wellenenden 4, 5 zusätzlich eine Vorspannung erzeugt werden, durch die die Klemmkraft der Federelemente 12, also der als Tellerfedern 13 ausgebildeten Haltescheiben 10, 11, unterstützt beziehungsweise verstärkt wird. Eine noch sicherere Befestigung des Blechpakets 3 zwischen den Haltescheiben 10, 11 kann dadurch bereitgestellt werden.
Ferner können die Haltescheiben 10, 11 wie abgebildet einen Anordnungsabschnitt 18 aufweisen, der bevorzugt speziell für ein Anordnen des Blechpakets 3 ausgebildet ist, beispielsweise durch eine rutschfeste Oberfläche oder ähnliches. Auch durch dieses Merkmal kann die Befestigung des Blechpakets 3 im Rotor 1 weiter verbessert werden. Ferner kann der Anordnungsabschnitt 18 ein Isolationselement 19 umfassen, durch das eine elektrische und/oder magnetische Isolierung zwischen dem Blechpaket 3 und den Haltescheiben 10, 11 bereitgestellt werden kann. Der Anordnungsabschnitt 18 ist dabei an einem Wuchtungsbereich 16 der Haltescheiben 10, 11 angeordnet. Die Wuchtungsbereiche 16 stellen dabei jeweils einen Abschnitt der Haltescheiben 10, 11 dar, der für ein Auswuchten des Rotors 1 vorgesehen ist. Vorteilhafterweise sind daher die Wuchtungsbereiche 16 an einem radialen Rand 15 der Haltescheiben 10, 11 angeordnet. Auch sind sie als radial umlaufende Verdickung 17 am Rand der Haltescheiben 10, 11 ausgebildet. Dies bringt insbesondere zwei Vorteile mit sich. So können zum einen subtraktive Auswuchtungen, also Auswuchtungen durch eine Entfernung von Material der Wuchtungsbereiche 16, vorgenommen werden, ohne eine Stabilität der Wuchtungsbereiche 16 und der gesamten Haltescheiben 10, 11 zu gefährden. Ferner sind durch die Verdickung 17 die Wuchtungsbereiche 16 insgesamt besonders stabil, so dass sie sich als Träger der Anordnungsabschnitte 18 besonders gut eignen.
Insgesamt ist der dargestellte erfindungsgemäße Rotor 1 mechanisch einfach und kompakt aufgebaut. Auch eine Montage eines erfindungsgemäßen Rotors 1 ist vereinfacht, da das Blechpaket 3 nur zwischen den Haltescheiben 10, 11 angeordnet werden muss und die eigentliche Befestigung des Blechpakets 3 automatisch durch die Federelemente 12, in der gezeigten Ausgestaltungform durch die als Tellerfedern 13 ausgebildeten Haltescheiben 10, 11, bereitgestellt wird. Ferner sind auch keine zusätzlichen Befestigungselemente nötig, an denen das Blechpaket 3 angeordnet, insbesondere aufgefädelt werden muss. Bei der Planung und Konstruktion des Blechpakets 3 kann dieses somit optimal an die zu erwartenden elektrischen Felder in der Elektromaschine 20 ausgelegt werden, ohne dass durch derartige Befestigungselemente erzeugte Randbedingungen berücksichtigt werden müssen. Ein verbesserter Betrieb einer Elektromaschine 20 mit einem derartigen erfindungsgemäßen Rotor 1 kann somit bereitgestellt werden.
In den 2 und 3 sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen eines erfindungsgemäßen Rotors 1 gezeigt. Dabei unterscheiden sich die abgebildeten Ausgestaltungsformen nur in der Form der jeweiligen Haltescheiben 10, 11, von denen nur die erste Haltescheibe 10 gezeigt ist. Die beiden 2, 3 werden daher im Folgenden gemeinsam beschrieben, wobei auf Unterschiede näher eingegangen wird. Für eine Beschreibung der restlichen Elemente der dargestellten erfindungsgemäßen Rotoren 1 wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
Die in 2 dargestellte Haltescheibe 10 ist derart ausgebildet, dass sie wie die in 1 dargestellte Haltescheibe 10 eine Abnahme der axialen Dicke 14 in radialer Richtung nach außen aufweist. Dabei ist in dieser Ausgestaltungsform die Haltescheibe 10 in axialer Richtung auch symmetrisch ausgebildet und nicht in Richtung des Zentralelements 6 geneigt, wie die in 1 gezeigte Haltescheibe 10.
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltungsform einer Haltescheibe 10 ist in 3 gezeigt. Bei dieser Haltescheibe 10 ist eine axiale Dicke 14 sogar konstant über die radiale Erstreckung der Haltescheibe 10. Auch ist, anders als in den in 1, 2 gezeigten Ausführungsbeispielen, der als Verdickung 17 ausgebildete Wuchtungsbereich 16 nicht mittig am Rand der Haltescheibe 10 angeordnet, sondern seitlich versetzt.
Insgesamt können durch die verschiedenen Ausgestaltungen der Haltescheiben 10, die insbesondere als Tellerfedern 12 ausgebildet sind, unterschiedliche und insbesondere bedarfsangepasste Klemmkräfte auf das Blechpaket 3 bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann ein erfindungsgemäßer Rotor 1 besonders gut an die jeweilige Einsatzbedingungen in der Elektromaschine 20 (nicht mit abgebildet) angepasst werden, für die der jeweilige Rotor 1 vorgesehen ist.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 30 mit einer erfindungsgemäßen Elektromaschine 20, wobei die Elektromaschine 1 einen erfindungsgemäßen Rotor 1 aufweist. Das Fahrzeug 30 kann dabei bevorzugt, wie dargestellt, als ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein gleisloses Landkraftfahrzeug, ausgebildet sein. Insbesondere in Fahrzeugen 30 sind Elektromaschinen 20 hohen Belastungen ausgesetzt und müssen oftmals mit hohen Drehzahlen betrieben werden. Durch einen erfindungsgemäßen Rotor 1, der durch seinen mechanisch einfachen Aufbau und insbesondere durch die kraftschlüssige Befestigung des Blechpakets 3 an den Haltescheiben 10, 11, durch das zusätzliche Anordungsvorrichtungen beziehungsweise Verspannelemente vermieden werden können, können derartige hohe Drehzahlen besonders einfach bereitgestellt beziehungsweise ermöglicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Zentralwelle
3: Blechpaket
4: erstes Wellenende
5: zweites Wellenende
6: Zentralelement
7: Hohlrohr
8: Gewinde
9: Lagervorrichtung
10: erste Haltescheibe
11: zweite Haltescheibe
12: Federelement
13: Tellerfeder
14: axiale Dicke
15: radialer Rand
16: Wuchtungsbereich
17: Verdickung
18: Anordnungsabschnitt
19: Isolationselement
20: Elektromaschine
30: Fahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009046838 A1 [0004]

Claims

Rotor (1) für eine Elektromaschine (20) eines Fahrzeugs (30), zumindest aufweisend eine Zentralwelle (2), eine erste Haltescheibe (10) und eine zweite Haltescheibe (11), wobei die erste Haltescheibe (10) und die zweite Haltescheibe (11) koaxial zur Zentralwelle (2) und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle (2) angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket (3), das zwischen den Haltescheiben (10, 11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Haltescheibe (10) und die zweite Haltescheibe (11) jeweils ein Federelement (12) umfassen, wobei das Blechpaket (3) durch eine auf das Blechpaket (3) wirkende Klemmkraft der Federelemente (12) kraftschlüssig zwischen den Haltescheiben (10, 11) befestigt ist.
Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltescheiben (10, 11) als Tellerfedern (13) ausgebildet sind.
Rotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Dicke (14) der Haltescheiben (10, 11) zumindest abschnittsweise radial nach außen abnimmt.
Rotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltescheiben (10, 11) jeweils einen Wuchtungsbereich (16) aufweisen, wobei der Wuchtungsbereich (16) insbesondere an einem radialen Rand (15) der jeweiligen Haltescheibe (10, 11) angeordnet ist.
Rotor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wuchtungsbereich (16) der jeweiligen Haltescheibe (10, 11) durch eine, insbesondere radial umlaufende, Verdickung (17) der Haltescheibe (10, 11) ausgebildet ist.
Rotor (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wuchtungsbereiche (16) jeweils einen Anordnungsabschnitt (18) für ein Anordnen des Blechpakets (3) aufweisen, wobei die Anordnungsabschnitte (18) insbesondere jeweils ein Isolationselement (19) aufweisen.
Rotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralwelle (2) zumindest dreiteilig ausgebildet ist und ein erstes Wellenende (4), ein zweites Wellenende (5) und ein Zentralelement (6) aufweist, wobei die erste Haltescheibe (10) mit dem ersten Wellenende (4) und die zweite Haltescheibe (11) mit dem zweiten Wellenende (5) einstückig, insbesondere monolithisch, ausgebildet sind, und wobei das Zentralelement (6) zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenende (5) und koaxial zu diesen angeordnet ist, und wobei insbesondere das Zentralelement (6) als ein Hohlrohr (7) ausgebildet ist.
Rotor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralelement (6) mit den Wellenenden (4, 5) vernietet und/oder verschraubt und/oder verschweißt ist.
Elektromaschine (20) für ein Fahrzeug (30) mit einem Rotor (1), der Rotor (1) zumindest aufweisend eine Zentralwelle (2), eine erste Haltescheibe (10) und eine zweite Haltescheibe (11), wobei die erste Haltescheibe (10) und die zweite Haltescheibe (11) koaxial zur Zentralwelle (2) und zueinander axial beabstandet an der Zentralwelle (2) angeordnet sind, ferner aufweisend ein Blechpaket (3), das zwischen den Haltescheiben (10, 11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche ausgebildet ist.
Fahrzeug (30) mit einer Elektromaschine (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (20) nach Anspruch 9 ausgebildet ist.