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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für einen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, wie eines rein elektrisch oder hybridisiert angetriebenen Kraftfahrzeuges, bspw. eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit einem Rotor, wobei der Rotor eine zentrale Rotorwelle sowie ein aus mehreren Rotorblechen ausgebildetes, auf der Rotorwelle befestigtes Blechpaket aufweist.
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Gattungsgemäße Rotoren elektrischer Maschinen sind in unterschiedlichen Umsetzungen hinlänglich bekannt. Es sind bspw. Ausführungen bekannt, in denen zwischen den einzelnen Rotorblechen des Blechpakets und der Rotorwelle eine Presspassung unmittelbar vorgesehen ist. Auch Befestigungen des Blechpaketes mittels einer Mutter in Verbindung mit einer Nut sind bekannt. Alternativ sind des Weiteren Schweißverbindungen umgesetzt.
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Diese bekannten Befestigungsarten haben jedoch den Nachteil, dass sie meist einen relativ hohen Herstellaufwand mit sich bringen. Bezüglich der umgesetzten Presspassungen zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle sind die Rotorbleche und die entsprechenden Aufnahmen aufwändig im Durchmesser einzustellen und massiv umzusetzen. Meist wird dabei jedes einzelne Rotorblech in einem kritischen Bereich umgeformt. Auch bei der alternativen Anbringung einer Mutter ist zumindest ein Gewinde auf der Rotorwelle vorzusehen, was ebenfalls eine aufwändige Bearbeitung bedarf. Ein solch erhöhter Herstellaufwand besteht auch bei einer Schweißverbindung, die über einen separaten Prozess anzubringen ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, deren Rotor einfach und mit einer ausreichenden Festigkeit zum Übertragen möglichst hoher Drehmomente hergestellt ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Blechpaket zu zumindest einer axialen Seite hin von einem einen Toleranzausgleich bewirkenden Endblech kontaktiert wird, welches Endblech wiederum von einem auf der Rotorwelle aufgepressten Sicherungsring abgestützt ist.
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Durch diese Befestigung des Blechpaketes über das Endblech sowie den Sicherungsring kommt es zu einer einfach herstellbaren Befestigung zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle. Denn der Sicherungsring kann einfach individuell an den entsprechenden Pressverbund angepasst werden, ohne dass die Rotorbleche des Blechpaketes an sich in ihrer Form verändert werden müssen. Dadurch wird ein besonders robuster Rotor umgesetzt, dessen Herstellaufwand reduziert ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Demnach ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Sicherungsring einen axial vorspringenden Napfbereich aufweist, welcher Napfbereich auf einer radialen Außenseite der Rotorwelle aufgepresst ist. Dieser Napfbereich lässt sich bei der Montage einfach in seiner axialen Position einstellen.
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Weist der Sicherungsring einen radial außerhalb des Napfbereiches angeordneten Scheibenbereich auf, welcher Scheibenbereich unmittelbar an dem Endblech flächig anliegt, wird der weitere Aufbau des Sicherungsrings einfach gehalten.
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Besonders von Vorteil ist es, wenn der Scheibenbereich über einen axial verlaufenden Verbindungsbereich mit dem Napfbereich verbunden ist. Dadurch lässt sich der Sicherungsring geschickt axial versetzt zu dem Blechpaket auf der Rotorwelle montieren.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Sicherungsring derart auf der Rotorwelle aufgepresst ist, dass er eine axiale Vorspannkraft auf das Endblech bewirkt / aufbringt.
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Wenn der Sicherungsring auf einer Aufnahmefläche der Rotorwelle aufgeschoben ist, wobei die Aufnahmefläche durch eine radiale Stufe der Rotorwelle ausgebildet ist, lässt sich der Durchmesser, auf dem der Sicherungsring aufgepresst ist, einfach einstellen.
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Der Sicherungsring sitzt dabei auf einem (zweiten) Außendurchmesser der Rotorwelle, welcher (zweite) Außendurchmesser kleiner ist als ein (erster) Außendurchmesser, auf welchem das Blechpaket und / oder das zumindest eine Endblech sitzen / sitzt.
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Von Vorteil ist es auch, wenn ein erstes Endblech zu einer ersten axialen Seite des Blechpakets an diesem anliegt und ein zweites Endblech zu einer, der ersten axialen Seite gegenüberliegenden, zweiten axialen Seite des Blechpaketes an diesem anliegt. Durch eine Dicke der Endbleche lässt sich somit ein Toleranzausgleich einfach umsetzen.
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In diesem Zusammenhang ist es zudem vorteilhaft, wenn an dem ersten Endblech der Sicherungsring anliegt und das zweite Endblech an einer radialen Schulter der Rotorwelle (unmittelbar) anliegt. Dadurch ist das Blechpaket zu einer axialen Seite hin direkt an der Rotorwelle abgestützt, was einen einfachen Aufbau weiter begünstigt.
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Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die elektrische Maschine als ein Synchronmotor ausgebildet ist.
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Ist das Blechpaket zusätzlich über eine Formschlussverbindung, etwa eine Formschlussverzahnung, auf der radialen Außenseite der Rotorwelle drehfest aufgenommen, ist auch die drehfeste Verbindung des Blechpaketes einfach herstellbar.
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In anderen Worten ausgedrückt, sind erfindungsgemäß eine kosteneffiziente axiale Befestigung sowie ein Toleranzausgleich der Rotorbleche auf der Rotorwelle realisiert. Der Rotor der elektrischen Synchronmaschine (elektrische Maschine) ist durch das Verwenden einzelner Rotorbleche, die zusammen ein Rotorpaket (Blechpaket) bilden, ausgeformt. Ein Toleranzausgleich ist durch ein Endblech einstellbar, welcher Toleranzausgleich wiederum von einem Bauraum sowie von schwankenden Toleranzen abhängt. Ein Sperrring / Sicherungsring ist auf die Rotorwelle zum axialen Befestigen / Abstützen des Blechpaketes aufgepresst.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine Detailansicht der in Längsrichtung geschnittenen elektrischen Maschine aus 1, wobei ein Sicherungsring zur axialen Abstützung eines Rotorblechs relativ zu einer Rotorwelle näher zu erkennen ist,
- 3 eine perspektivische Darstellung des in 1 eingesetzten Rotors von einer den Sicherungsring aufweisenden Seite, sowie
- 4 eine perspektivische Darstellung des in den 1 bis 3 eingesetzten Sicherungsrings.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit 1 ist eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 1 in ihrem prinzipiellen Aufbau übersichtlich zu erkennen. Die elektrische Maschine 1 ist als eine Synchronmaschine / ein Synchronmotor umgesetzt. Die elektrische Maschine 1 weist einen zentral um eine Drehachse 17 drehbar angeordneten Rotor 2 auf. Radial außerhalb des Rotors 2 ist ein Stator 18 der elektrischen Maschine 1 angebracht. Der Stator 18 ist in einem Gehäuse 19 fest aufgenommen. Der Rotor 2 ist in diesem Gehäuse 19 drehbar gelagert.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die elektrische Maschine 1 üblicherweise als eine Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges dimensioniert ist. Die elektrische Maschine 1 ist daher bevorzugt in einem hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Die elektrische Maschine 1 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 in einer elektrischen Achsantriebseinheit (E-Achse) integriert. Bei Umsetzen dieser elektrischen Achsantriebseinheit ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise als rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug umgesetzt. Die elektrische Maschine 1 ist gemäß weiteren Ausführungen auch in einem Hybridmodul eingesetzt, welches Hybridmodul auf bekannte Weise zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe des Antriebsstranges eingesetzt ist und somit zum Umsetzen eines hybridisierten Antriebs des Kraftfahrzeuges vorbereitet ist. In weiteren Ausführungen ist die elektrische Maschine 1 auch als eine Radnabenmaschine / ein Radnabenmotor eingesetzt.
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In Zusammenhang mit den 2 und 3 ist der weitere Aufbau des erfindungsgemäß ausgebildeten Rotors 2, der auch losgelöst von der dargestellten elektrischen Maschine 1 als eigenständige Einheit in weiteren elektrischen Maschinen einsetzbar ist, dargestellt. Der Rotor 2 weist eine zentrale Rotorwelle 3 auf. Die Rotorwelle 3 ist konzentrisch zu der Drehachse 17 angeordnet. Die Rotorwelle 3 ist mit einem sich im Wesentlichen zylindrisch erstreckenden Aufnahmebereich 20 versehen. Auf diesem Aufnahmebereich 20 (radial von außen) ist ein Blechpaket 5 des Rotors 2 befestigt. Das Blechpaket 5 weist auf typische Weise mehrere Rotorbleche 4 auf, die in axialer Richtung aufeinander aufliegen. Die Rotorbleche 4 sind an sich auf typische Weise als Gleichteile realisiert. Die Rotorbleche 4 sind zu dem Blechpaket 5 bereits vormontiert. Das Blechpaket 5 ist über eine Formschlussverbindung 16, hier in Form einer Formschlussverzahnung, an dem Aufnahmebereich 20 drehfest aufgenommen.
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Erfindungsgemäß, zum axialen Toleranzausgleich des Rotors 2, ist das Blechpaket 5 zu einer ersten axialen Seite 6a (entlang der Drehachse 17 betrachtet) durch ein erstes Endblech 7a abgestützt, welches erste Endblech 7a wiederum unmittelbar von einem auf der Rotorwelle 3 aufgepressten Sicherungsring 8 abgestützt ist. Diese axiale Sicherung des Blechpaketes 5 mittels des Sicherungsrings 8 ist in 2 detailliert dargestellt. In Verbindung mit 3 wird auch deutlich, dass das erste Endblech 7a von der ersten axialen Seite 6a des Blechpakets 5 her unmittelbar an dem Blechpaket 5 flächig anliegt. Das erste Endblech 7a ist ebenfalls auf dem Aufnahmebereich 20 mit abgestützt und drehfest aufgenommen. Der Aufnahmebereich 20 weist über seine gesamte Länge hinweg einen gleichbleibenden ersten Außendurchmesser auf.
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Der Sicherungsring 8 ist mit einem radial innen angeordneten Napfbereich 9 direkt auf der Rotorwelle 3 befestigt, nämlich aufgepresst. Der axial vorspringende Napfbereich 9 ist dabei auf einer Aufnahmefläche 13, die durch eine radiale Stufe 14 gebildet ist, aufgepresst. Die radiale Stufe 14 ist gegenüber dem Aufnahmebereich 20 in radialer Richtung nach innen abgesetzt. Die Aufnahmefläche 13 weist folglich einen gegenüber dem ersten Außendurchmesser kleineren zweiten Außendurchmesser auf. Die Aufnahmefläche 13 ist in ihrer Länge / axialen Erstreckung größer als die Länge des Napfbereiches 9 gewählt und derart auf die weitere Form des Sicherungsringes 8 abgestimmt, dass der Sicherungsring 8 bei der Montage entlang der Aufnahmefläche 13 variabel in seiner Position anordenbar ist. Mit einem radial außerhalb des Napfbereiches 9 angeordneten Scheibenbereich 11 liegt der Sicherungsring 8 direkt an dem ersten Endblech 7a flächig an. Ein dem Scheibenbereich 11 mit dem Napfbereich 9 verbindender Verbindungsbereich 12 erstreckt sich derart, dass der Scheibenbereich 11 in axialer Richtung versetzt zu dem Napfbereich 9 angeordnet ist. Aufgrund der Ausbildung des Scheibenbereiches 11 ist der Sicherungsring 8 auch als Sicherungsscheibe bezeichnet. Der Sicherungsring 8 ist auch in alleiniger Darstellung besonders gut in 4 zu erkennen. Hierbei wird deutlich, dass der Verbindungsbereich 12 im Wesentlichen als eine axiale Ausbauchung umgesetzt ist. Der Sicherungsring 8 ist, wie bereits das erste Endblech 7a, aus einem Metallblech (Stahl) hergestellt.
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Auf einer, der ersten axialen Seite 6a abgewandten, zweiten axialen Seite 6b des Blechpaketes 5 ist ein zweites Endblech 7b angeordnet. Das zweite Endblech 7b liegt auf der zweiten axialen Seite 6b ebenfalls flächig an dem Blechpaket 5 an. Auf einer dem Blechpaket 5 wiederum axial abgewandten Seite des zweiten Endbleches 7b ist das zweite Endblech 7b direkt an einer radial nach außen abstehenden Schulter 15 der Rotorwelle 3 abgestützt (1). Die Schulter 15 ist stoffeinteilig mit der Rotorwelle 3 ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine axiale Aufnahme des Blechpakets 5 samt der Endbleche 7a, 7b zwischen der Schulter 15 und dem Sicherungsring 8.
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Zudem sei darauf hingewiesen, dass der Sicherungsring 8 bevorzugt mit einer bestimmten axialen Vorspannkraft auf die Rotorwelle 3 aufgepresst ist, sodass das erste Endblech 7a mit einer axialen Vorspannkraft auf das Blechpaket 5 drückt und das Blechpaket 5 wiederum das zweite Endblech 7b mit einer axialen Vorspannkraft gegen die Schulter 15 drückt.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird durch die erfindungsgemäße Ausführung eine kosteneffiziente und Bauraum-Kompakte Lösung für das Befestigen der Rotorbleche 4 mit der Rotorwelle 3 zur Verfügung gestellt. Diese Lösung bietet eine einfache und kostengünstige Befestigungsmöglichkeit. Außerdem bietet diese Lösung eine hohe Flexibilität und kann in vielen unterschiedlichen E-Maschinen 1 eingebaut werden, die sich entweder durch die aktive Länge (Leistung) und/oder die Getriebeschnittstelle unterscheiden. Die erfinderische Lösung besteht somit auch in einer kostengünstigen, einfachen und Baukasten-Kompatiblen technischen Lösung. Der Toleranzausgleich erfolgt dabei durch das Endblech (erstes Endblech 7a), das bauraumabhängig und für den Toleranzausgleich anpassbar ist. Die axiale Befestigung erfolgt mit dem axialen Sicherungsring 8, der auf die Rotorwelle 3 verpresst ist. Somit werden die Rotorbleche 4 und die Endbleche 7a, 7b auf Position gehalten. Eine bevorzugte Einbauvariante findet in einer E-Achse statt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Rotor
- 3
- Rotorwelle
- 4
- Rotorblech
- 5
- Blechpaket
- 6a
- erste axiale Seite
- 6b
- zweite axiale Seite
- 7a
- erstes Endblech
- 7b
- zweites Endblech
- 8
- Sicherungsring
- 9
- Napfbereich
- 10
- Außenseite
- 11
- Scheibenbereich
- 12
- Verbindungsbereich
- 13
- Aufnahmefläche
- 14
- Stufe
- 15
- Schulter
- 16
- Formschlussverbindung
- 17
- Drehachse
- 18
- Stator
- 19
- Gehäuse
- 20
- Aufnahmebereich
