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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, wobei die elektrische Maschine einen Stator und einen über einen Luftspalt beabstandet angeordneten und relativ zum Stator um eine Rotorachse rotierbaren Rotor aufweist. Zwischen dem Rotor und dem Stator ist ein Spaltrohr angeordnet und/oder ausgebildet, wobei das Spaltrohr ein Verbundwerkstoffmaterial aufweist, das zumindest abschnittsweise weichmagnetische Partikel umfasst.
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Elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge, wobei zwischen dem Rotor und dem Stator ein Spaltrohr angeordnet und/oder ausgebildet ist, sind allgemein bekannt. Das zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnete Spaltrohr dient dazu, den Bereich des Stators von dem Bereich des Rotors mediendicht zu trennen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein Kühlmedium zum Kühlen des Stators in den Bereich des Rotors gelangt und in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator eindringt. Die bekannten Spaltrohre zur hermetischen Abdichtung von Rotor und Stator werden in der Regel aus Edelstahl ausgebildet. Sie besitzen somit eine gute mechanische Festigkeit und eine erhöhte Resistenz gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien. Ein Nachteil von Edelstahl als Spaltrohrmaterial ist dessen hohe elektrische Leitfähigkeit. Durch ein umlaufendes Statormagnetfeld zwischen Rotor und Stator werden Wirbelströme im Edelstahl-Spaltrohr induziert, die wiederum aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Edelstahl-Spaltrohrs zu hohen Verlusten führen können.
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Die US 2003 / 0 193 260 A1 beschreibt eine elektrische Maschine, wobei auf einer inneren Mantelfläche eines Stators unterschiedliche Bereiche ausgebildet sind, die entweder magnetische oder nichtmagnetische Eigenschaften aufweisen.
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Die
US 6 960 856 B2 beschreibt eine elektrische Maschine mit einem Spaltrohr, das auf einer äußeren Mantelfläche Vorsprünge aufweist, die in Nuten des Stators eingreifen.
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Die
DE 674 524 A zeigt einen flüssigkeitsdicht gekapselten Elektromotor mit einem Spaltrohr wobei das Spaltrohr aus einer Mischung von fein verteiltem magnetischem Material mit einem Bindemittel besteht.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei der der Rotor- und Statorbereich hermetisch voneinander getrennt werden können, die magnetischen Verluste im Luftspalt zwischen Rotor und Stator reduziert werden können, und das Noise-Vibration-Harshness Verhalten des Rotors reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und/oder Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen angegeben, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann.
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Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt wird. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die elektrische Maschine im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet ist oder wird.
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Die elektrische Maschine weist einen Stator auf. Der Stator ist für gewöhnlich hohlzylinderförmig ausgebildet und weist eine Längsachse auf. Innerhalb des Stators ist ein Rotor angeordnet, der eine Rotorachse aufweist, wobei die Längsachse des Stators gleich der Rotorachse des Rotors ist. Mit anderen Worten ist die Längsachse des Stators koaxial zur Rotorachse des Rotors ausgebildet. Der Rotor ist um dessen Rotorachse rotierbar angeordnet und ausgebildet. Zwischen dem Rotor und dem Stator befindet sich ein Luftspalt. Auf einer inneren Mantelfläche des Stators, also einer Mantelfläche, die dem Rotor zugewandt ist, ist ein Spaltrohr angeordnet.
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Das Spaltrohr ist drehfest auf der inneren Mantelfläche des Stators angeordnet und/oder ausgebildet. Vorzugsweise kann das Spaltrohr stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stator verbunden sein, um das Spaltrohr drehfest auf der inneren Mantelfläche des Stators anzuordnen. Das Spaltrohr ist derart ausgebildet, dass es den Rotor und den Stator voneinander trennt. Somit kann über das Spaltrohr auch eine hermetische Abdichtung zwischen dem Rotor und dem Stator erzeugt werden. Das Spaltrohr weist ein Verbundwerkstoffmaterial auf, wobei das Verbundwerkstoffmaterial zumindest abschnittsweise weichmagnetische Partikel umfasst. Bedingt dadurch, dass das Spaltrohr ein Verbundwerkstoffmaterial aufweist, kann dies - gegenüber der bekannten Ausbildung an Spaltrohren aus Edelstahl - ein reduziertes Gewicht aufweisen. Die weichmagnetischen Partikel sind im Verbundwerkstoff voneinander elektrisch isoliert, sodass aufgrund ihrer geringen Formgröße Verluste durch Wirbelströme reduziert werden können. Somit kann über das Spaltrohr mit den weichmagnetischen Partikeln eine Performancesteigerung und eine Wirkungsgradsteigerung ohne den Nachteil von zusätzlichen Wirbelströmen, verglichen zu den bisherigen Spaltrohrlösungen, erzielt werden.
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Das Verbundwerkstoffmaterial ist vorzugsweise ein Kunststoff, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff. Der Kunststoff ist besonders bevorzugt ein thermostabiler Kunststoff, insbesondere ein duroplastischer Kunststoff. Duroplastische Kunststoffe haben die Eigenschaft, dass diese auch bei erhöhten Temperaturen formstabil sind. Die Faserverstärkung des Kunststoffs kann eine Glasfaserverstärkung und/oder eine Kohlefaserverstärkung sein. Auf diese Weise kann die mechanische Festigkeit des Spaltrohrs erhöht werden. Insbesondere können vorteilhafterweise Verformungen des Spaltrohrs aufgrund von Druckdifferenzen zwischen einem Statorraum und einem über das Spaltrohr mediendicht abgetrennten Rotorraum reduziert und/oder vermieden werden, so dass das Spaltrohr zwischen Stator und Rotor formstabil bleibt und den geringen Luftspalt zwischen Stator und Rotor nicht reduziert.
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Unter weichmagnetischen Partikeln sind Partikel und/oder Materialien zu verstehen, die sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lassen. Dies können vorzugsweise Ferritpartikel sein. Die Ferritpartikel können vorzugsweise Reineisen Fe, Eisen-Silizium FeSi oder Nickel-Eisen NiFe umfassen. Die weichmagnetischen Partikel haben vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße von 1 µm bis 150 µm, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind.
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Das Spaltrohr weist in Umfangsrichtung wenigstens einen ersten Teilabschnitt und wenigstens einen an den ersten Teilabschnitt angrenzenden zweiten Teilabschnitt auf, wobei ein Anteil der weichmagnetischen Partikel des zweiten Teilabschnitts gegenüber einem Anteil der weichmagnetischen Partikel des ersten Teilabschnitts reduziert ist. Mit anderen Worten weist das Spaltrohr einen ersten Teilabschnitt auf, der sich in Längsrichtung des Spaltrohrs erstreckt. In Umfangsrichtung angrenzend zu diesem ersten Teilabschnitt ist ein zweiter Teilabschnitt angeordnet. Auch dieser zweite Teilabschnitt erstreckt sich parallel zu dem ersten Teilabschnitt in Längsrichtung des Spaltrohrs. Gegenüber dem zweiten Teilabschnitt weist der erste Teilabschnitt einen erhöhten Anteil weichmagnetischer Partikel auf. Erfindungsgemäß weist das Spaltrohr eine Mehrzahl erster Teilabschnitte und eine Mehrzahl zweiter Teilabschnitte auf, wobei die Breite der zweiten Teilabschnitte in Umfangsrichtung zueinander verschieden ist. Mit anderen Worten können zweite Teilabschnitte ausgebildet sein, die eine erste Breite aufweisen und zweite Teilabschnitte, die eine zweite Breite aufweisen, wobei die erste Breite und die zweite Breite voneinander verschieden breit in Umfangsrichtung ausgebildet sein können. Auf diese Weise kann über die unterschiedlich breite Nutöffnung das NVH Verhalten des Rotors positiv beeinflusst werden.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Stator auf einer dem Rotor zugewandten inneren Mantelfläche wenigstens zwei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnete Schlitze zur Aufnahme einer Wicklung aufweist, wobei sich die Schlitze in axialer Richtung des Stators zwischen einer ersten Stirnseite des Stators und einer zur ersten Stirnseite in axialer Richtung beabstandet angeordneten zweiten Stirnseite des Stators erstrecken, und sich eine Schlitztiefe der Schlitze in radialer Richtung nach außen erstreckt. Zwischen den Schlitzen des Stators wird somit ein Polzahn ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Massengehalt der weichmagnetischen Partikel bezogen auf den ersten Teilabschnitt im Verbundwerkstoff ≥ 50 Vol.-% und ≤ 90 Vol.-% ist, vorzugsweise ≥ 60 Vol.-% und ≤ 85 Vol.-% ist, und ganz besonders bevorzugt ≥ 70 Vol.-% und ≤ 80 Vol.-% ist.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Anteil der weichmagnetischen Partikel im zweiten Teilabschnitt weniger als 50% des Anteils der weichmagnetischen Partikel im ersten Teilabschnitt beträgt. Ganz besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der zweite Teilabschnitt frei von weichmagnetischen Partikeln ist. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass der zweite Teilabschnitt zwischen 0% und maximal 10% des Anteils der weichmagnetischen Partikel des ersten Teilabschnitts beträgt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der zweite Teilabschnitt ausschließlich im Bereich der Schlitze ausgebildet und/oder angeordnet ist. Dies bedeutet, dass der erste Teilabschnitt im Bereich des Polzahns zwischen den Schlitzen des Stators angeordnet und ausgebildet ist, und der zweite Teilabschnitt, der einen reduzierten Anteil der weichmagnetischen Partikel gegenüber dem ersten Teilabschnitt aufweist, im Bereich des Schlitzes ausgebildet ist. Auf diese Weise können einzelne Teilabschnitte, nämlich der erste Teilabschnitt des Spaltrohrs entsprechend des Polzahns des Stators über die weichmagnetischen Partikel magnetisiert werden. Das Spaltrohr kann somit als Teil des Stators ausgebildet werden und entsprechende magnetische Eigenschaften übernehmen. Auf diese Weise kann eine gezielte Führung des Magnetfelds zwischen Stator und Rotor über die einstellbare Dichte von weichmagnetischen Partikeln im Spaltrohr erzielt werden. Somit kann der rotorlageabhängige Drehmomentverlauf des Motors beeinflusst werden, sodass eine Drehmomentenwelligkeit reduziert wird. Zudem kann das Noise Vibration Harshness (NVH) Verhalten bzw. akustische Verhalten des Rotors optimiert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Teilabschnitt und abschnittsweise der erste Teilabschnitt im Bereich der Schlitze ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der erste Teilabschnitt, der gegenüber dem zweiten Teilabschnitt einen erhöhten Anteil der weichmagnetischen Partikel aufweist, aktiv zur Ausgestaltung der Polzahngeometrie des zwischen den Schlitzen ausgebildeten Polzahns beitragen. Somit können unterschiedliche Motorvarianten erzeugt werden. Bei einem gleichbleibenden Statorblechquerschnitt können nämlich unter Einsatz unterschiedlicher Spaltrohrvarianten die Statorzahnform bzw. Polzahngeometrie im Bereich des Luftspalts angepasst und ausgebildet werden, um so Motorvarianten zu realisieren, die sich in ihrem Verhalten unterscheiden. Insbesondere lassen sich in Form und Lage unterschiedliche Nutöffnungen realisieren, die zur Verbesserung des NVH Verhaltens führen können.
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Das Spaltrohr ist grundsätzlich derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass es stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stator, insbesondere mit einer inneren Mantelfläche des Stators verbunden werden kann. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das Spaltrohr auf einer äußeren Mantelfläche wenigstens einen in radialer Richtung nach außen gerichteten Vorsprung aufweist, der in einen auf der inneren Mantelfläche des Stators ausgebildeten Schlitz eingreift. Auf diese Weise kann ein Formschluss zwischen dem Spaltrohr und dem Stator erzielt werden, der eine relative Verdrehung des Spaltrohrs in Umfangsrichtung zum Stator unterbindet.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Schlitze über die Schlitztiefe eine Schlitzbreite aufweisen, wobei die Schlitzbreite über die Schlitztiefe konstant ausgebildet ist. In einem derartigen Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Ausgestaltung der Polzahngeometrie auf einer dem Rotor zugewandten Seite des Stators über die Ausgestaltung des ersten Teilabschnitts erfolgt.
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Insbesondere ist vorteilhaft vorgesehen, dass in diesem Zusammenhang der erste Teilabschnitt den zwischen den Schlitzen ausgebildeten Polzahn zumindest abschnittsweise einfasst. Dies bedeutet, dass der erste Teilabschnitt nicht nur im Bereich des Polzahns auf der inneren Mantelfläche des Stators, sondern auch im Bereich des Schlitzes zumindest teilweise angeordnet bzw. ausgebildet ist. Auf diese Weise kann über die Ausgestaltung des Spaltrohres bei gleichbleibendem Statorblechquerschnitt die Statorzahnform individuell ausgebildet werden, um auf diese Weise unterschiedliche Motorvarianten realisieren zu können.
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Alternativ dazu sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Schlitze über die in radialer Richtung ausgebildete Schlitztiefe eine zu einer ersten Schlitzbreite größere zweite Schlitzbreite aufweisen, wobei die erste Schlitzbreite im Bereich der inneren Mantelfläche des Stators angeordnet und/oder ausgebildet ist. Auf diese Weise wird durch die Ausgestaltung des Schlitzes die Polzahngeometrie zwischen den Schlitzen ausgebildet.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Spaltrohr einen ersten Endabschnitt und einen zum ersten Endabschnitt in axialer Richtung des Spaltrohrs beabstandet ausgebildeten zweiten Endabschnitt aufweist, und zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt ein Mittelabschnitt ausgebildet ist, und ein Anteil der weichmagnetischen Partikel im ersten Endabschnitt und/oder im zweiten Endabschnitt gegenüber einem Anteil der weichmagnetischen Partikel im Mittelabschnitt reduziert ist. Mit anderen Worten ist der Mittelabschnitt der Bereich, der den ersten Teilabschnitt und den zweiten Teilabschnitt aufweist. Endseitig, also in axialer Richtung an den Mittelabschnitt angrenzend, sind der erste Endabschnitt und/oder der zweite Endabschnitt ausgebildet, wobei die jeweiligen Endabschnitte gegenüber dem Mittelabschnitt einen reduzierten Anteil an weichmagnetischen Partikeln aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Anteil der weichmagnetischen Partikel im ersten Endabschnitt und/oder im zweiten Endabschnitt weniger als 50% des Anteils der weichmagnetischen Partikel des Mittelabschnitts beträgt.
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Ganz besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der erste Endabschnitt und/oder der zweite Endabschnitt frei von weichmagnetischen Partikeln ist. Frei von weichmagnetischen Partikeln bedeutet in diesem Fall, dass der Anteil der weichmagnetischen Partikel im ersten Endabschnitt und/oder im zweiten Endabschnitt zwischen 0% und 10% des Anteils der weichmagnetischen Partikel des Mittelabschnitts beträgt. Auf diese Weise können Kosten reduziert werden, da die Endabschnitte keine magnetischen Eigenschaften aufweisen müssen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der erste Endabschnitt und/oder der zweite Endabschnitt des Spaltrohrs über die jeweilige Stirnseite des Stators hinausgeführt sind und mit einem den Stator umgebenden Gehäuse oder einem Lagerschild der elektrischen Maschine mediendicht abschließen. Auf diese Weise kann eine hermetische Trennung zwischen dem Stator und dem Rotor erzielt werden, sodass ein Kühlmedium zum Kühlen des Stators nicht in den Bereich des Rotors, insbesondere in den Luftspalt zwischen Rotor und Spaltrohr eindringt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das Gehäuse auf einer dem Stator zugewandten inneren Gehäusemantelfläche wenigstens eine in axialer Richtung verlaufenden Nut aufweist. Auf diese Weise kann das Kühlmedium in Längsrichtung zumindest abschnittsweise an einer äußeren Mantelfläche des Stators vorbeigeführt werden und den Stator zu kühlen. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass das Kühlmedium durch den Schlitz entlang der Wicklung des Stators geführt wird.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise und/oder vollständig elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine vorzugsweise im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch die elektrische Maschine, wobei zwischen einem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine ein Spaltrohr angeordnet ist;
- 2 einen des Querschnitts durch die elektrische Maschine, wobei das Spaltrohr zumindest abschnittsweise weichmagnetische Partikel aufweist;
- 3 einen Ausschnitt des Querschnitts der elektrischen Maschine, wobei das Spaltrohr in einer zweiten Ausführungsvariante gezeigt ist;
- 4 einen Ausschnitt des Querschnitts der elektrischen Maschine, wobei das Spaltrohr in der erfindungsgemäßen Ausführungsvariante gezeigt ist;
- 5 einen Ausschnitt des Querschnitts der elektrischen Maschine, wobei das Spaltrohr in einer weiteren Ausführungsvariante gezeigt ist.
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In 1 ist ein Längsschnitt durch eine elektrische Maschine 10 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise, besonders bevorzugt vollständig, elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Die elektrische Maschine 10 weist ein Gehäuse 12 und einen in dem Gehäuse 12 drehfest angeordneten Stator 14 auf. Der Stator 14 weist eine hohlzylinderförmige Ausgestaltung auf, dessen Längsrichtung sich entlang der Längsachse 16 des Stators 14 erstreckt.
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In dem Stator 14 ist ein um eine Rotorachse 18 rotierbarer Rotor 20 angeordnet, wobei der Rotor 20 eine koaxial zur Rotorachse 18 verlaufende Rotorwelle 22 mit einem auf der Rotorwelle 22 angeordneten Rotorblechpaket 24 umfasst. Das Rotorblechpaket 24 bzw. der Rotor 20 ist zum Stator 14 über einen Luftspalt 26 beabstandet angeordnet. Auf einer dem Rotorblechpaket 24 zugewandten inneren Mantelfläche 28 des Stators 14 ist ein Spaltrohr 30 drehfest angeordnet. Das Spaltrohr 30 weist einen ersten Endabschnitt 32 und einen zum ersten Endabschnitt 32 in axialer Richtung des Spaltrohrs 30 beabstandet ausgebildeten zweiten Endabschnitt 34 auf. Zwischen dem ersten Endabschnitt 32 und dem zweiten Endabschnitt 34 ist ein Mittelabschnitt 36 ausgebildet.
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Der erste Endabschnitt 32 ist über eine erste Stirnseite 38 des Stators 14 hinausgeführt. Der zweite Endabschnitt 34 ist über eine zur ersten Stirnseite 38 in Längsrichtung des Stators 14 beabstandet ausgebildete zweite Stirnseite 39 des Stators 14 hinausgeführt. Die Endabschnitte 32, 34 schließen mit dem den Stator 14 umgebenden Gehäuse 12 bzw. einem Lagerschild der elektrischen Maschine 10 mediendicht ab. Die jeweilige Stirnseite 38, 39 des Stators 14 definiert das jeweilige axiale Ende eines Statorblechpakets des hohlzylinderförmig ausgebildeten Stators 14.
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Über das Spaltrohr 30 kann der Stator 14 bzw. der Bereich um den Stator 14 von dem Rotor 20 bzw. dem Rotorbereich mediendicht abtrennt werden. Somit kann verhindert werden, dass ein Kühlmedium 40, das den Stator 14 umgibt, in den Bereich des Rotors 20 gelangt und in den Luftspalt 26 eindringt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die elektrische Maschine keine Wirkungsverluste aufgrund eines in den Luftspalt 26 eintretenden Kühlmediums 40 aus dem Bereich des Stators 14 erfährt.
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Das Spaltrohr 30 weist ein Verbundwerkstoffmaterial auf, das zumindest abschnittsweise weichmagnetische Partikel umfasst. Das Verbundwerkstoffmaterial ist vorzugsweise ein Kunststoff, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff. Der Kunststoff kann ein thermoplastischer Kunststoff sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kunststoff ein duroplastischer Kunststoff. Ein duroplastischer Kunststoff hat den Vorteil, dass dieser auch bei erhöhten Temperaturen formstabil ist. Die Faserverstärkung des Kunststoffs ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Glasfaserverstärkung und/oder eine Kohlefaserverstärkung. Eine Glasfaserverstärkung und/oder eine Kohlefaserverstärkung verleiht dem Spaltrohr 30 eine hohe mechanische Stabilität.
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Die weichmagnetischen Partikel sind Partikel oder Materialien, die sich in einem Magnetfeld leicht magnetisieren lassen. Beispielsweise sind die weichmagnetischen Partikel Ferritpartikel. Die Ferritpartikel können vorzugsweise Reineisen Fe, Eisen-Silizium FeSi oder Nickel-Eisen NiFe umfassen.
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Da das Spaltrohr über die weichmagnetischen Partikel magnetische Eigenschaften aufweist, kann das Spaltrohr als Teil des Stators 14 angesehen werden. Der in der Regel die Leistung reduzierende Abstand zwischen der inneren Mantelfläche 28 des Stators 14 und dem Rotorblechpaket 24 kann durch die magnetische Aktivierung des Spaltrohrs 30 reduziert werden. Auf diese Weise können eine Performancesteigerung und eine Wirkungsgradsteigerung der elektrischen Maschine 10 erzielt werden. Zudem können Wirbelströme im Spaltrohr 30 reduziert werden.
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In 2 ist ein Querschnitt durch die in 1 gezeigte elektrische Maschine 10 gezeigt. Der hohlzylinderförmig ausgebildete Stator 14 ist in dem Gehäuse 12 drehfest angeordnet. Der Stator 14 weist auf der dem Rotor 20 zugewandten inneren Mantelfläche 28 eine Mehrzahl von Schlitzen 42 auf, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind. In den Schlitzen ist eine Wicklung 56 angeordnet. Die Schlitze 42 erstrecken sich in Längsrichtung des Stators 14 zwischen der ersten Stirnseite 38 und der zweiten Stirnseite 39. Ausgehend von der inneren Mantelfläche 28 erstreckt sich eine Schlitztiefe 44 der Schlitze 42 in radialer Richtung nach außen. Zwischen den Schlitzen 42 des Stators 14 wird jeweils ein Polzahn 46 ausgebildet.
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Das Spaltrohr 30 ist aus dem Verbundwerkstoffmaterial ausgebildet und weist weichmagnetische Partikel auf. Weiterhin ist ersichtlich, dass das Spaltrohr 30 auf einer äußeren Mantelfläche 48 wenigstens einen in radialer Richtung nach außen gerichteten Vorsprung 50 aufweist, der in den auf der inneren Mantelfläche 28 des Stators 14 ausgebildeten Schlitz 42 eingreift. Auf diese Weise kann ein Formschluss zwischen dem Spaltrohr 30 und dem Stator 14 hergestellt werden, sodass eine Verdrehung des Spaltrohrs 30 in Umfangsrichtung relativ zum Stator 14 unterbunden werden kann.
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Das Gehäuse 12 weist auf einer dem Stator 14 zugewandten inneren Gehäusemantelfläche 52 wenigstens eine in axialer Richtung des Stators 14 verlaufenden Nut 54 auf. Über die Nut 54 kann das Kühlmedium 40 zumindest abschnittsweise an einer äußeren Mantelfläche des Stators 14 vorbeigeführt werden. Zudem kann das Kühlmedium 40 entlang der in den Schlitzen 42 angeordneten Wicklung 56 vorbeigeführt werden, um die Wicklung 56 und die über die Stirnseiten 38, 39 des Stators 14 hinausgeführten Wicklungsköpfe 58 der Wicklung 56 zu kühlen.
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In 3 ist ein Ausschnitt des Querschnitts durch die elektrische Maschine 10 gezeigt. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Querschnitt durch die elektrische Maschine 10 ist nunmehr das Gehäuse 12 ausgeblendet. Zudem ist das Spaltrohr 30 in einer zweiten Ausführungsvariante dargestellt. Das Spaltrohr 30 weist in Umfangsrichtung wenigstens einen ersten Teilabschnitt 60 und wenigstens einen an den ersten Teilabschnitt 60 angrenzenden zweiten Teilabschnitt 62 auf, wobei ein Anteil der weichmagnetischen Partikel des zweiten Teilabschnitts 62 gegenüber einem Anteil der weichmagnetischen Partikel des ersten Teilabschnitts 60 reduziert ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zweite Teilabschnitt 62 frei von weichmagnetischen Partikeln. Dies bedeutet, dass der Anteil der weichmagnetischen Partikel des zweiten Teilabschnitts 62 zwischen 0% und 10% des Anteils der Partikel des ersten Teilabschnitts 60 beträgt.
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Der zweite Teilabschnitt 62 ist ausschließlich im Bereich der Schlitze 42 angeordnet bzw. ausgebildet. Der erste Teilabschnitt 60 ist im Bereich des Polzahns 46 angeordnet. Auf diese Weise kann eine gezielte Führung des Magnetfelds zwischen Stator 14 und Rotor 20 über die Anzahl der weichmagnetischen Partikel im Spaltrohr 30 erzielt werden.
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4 zeigt einen Ausschnitt durch den Querschnitt der elektrischen Maschine 10, wobei das Spaltrohr 30 in einer dritten Ausführungsvariante gezeigt ist. Gegenüber der 3 ist in 4 ausschließlich das Spaltrohr 30 verändert dargestellt. In 3 ist die Breite der zweiten Teilabschnitte 62 in Umfangsrichtung gleich groß. Im Unterschied dazu weist das Spaltrohr 30 in 4 eine Mehrzahl erster Teilabschnitte 60 und eine Mehrzahl zweiter Teilabschnitte 62 auf, wobei die Breite der zweiten Teilabschnitte 62 in Umfangsrichtung verschieden ist. Die zweiten Teilabschnitte 62 sind im Bereich des Schlitzes 42 angeordnet, wobei die Breite der zweiten Teilabschnitte 62 für die jeweiligen Schlitze 42 im vorliegenden Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgebildet sind.
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Weiterhin ist ersichtlich, dass der erste Teilabschnitt 60 nicht ausschließlich im Bereich des Polzahns 46 auf der inneren Mantelfläche 28 des Stators 14 angeordnet ist, sondern zudem in dem Schlitz 42 zumindest abschnittsweise eingreift und somit den zwischen den Schlitzen 42 angeordneten und ausgebildeten Polzahn 46 zumindest abschnittsweise umschließt. Somit kann der rotorlageabhängige Drehmomentenverlauf des Rotors 20 positiv beeinflusst werden, in dem die Drehmomentenwelligkeit reduziert, und das akustische Verhalten der elektrischen Maschine 10 verbessert bzw. optimiert werden können.
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5 zeigt einen Ausschnitt durch den Querschnitt der elektrischen Maschine 10, wobei das Spaltrohr 30 in einer vierten Ausführungsvariante dargestellt ist. Zudem sind im Unterschied zu den 2 bis 4 die Schlitze 42 abweichend ausgebildet. In 5 weisen die in Umfangsrichtung zueinander angeordneten Schlitze 42 ausgehend von der inneren Mantelfläche 28 des Stators eine konstante Breite 68 über die Schlitztiefe 44 auf.
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Das Spaltrohr 30 umfasst erste Teilabschnitte 60 und an die ersten Teilabschnitte 60 angrenzende zweite Teilabschnitte 62, wobei die Breite der zweiten Teilabschnitte 62 in Umfangsrichtung zueinander gleich ausgebildet ist. Ebenso ist die Breite der ersten Teilabschnitte 60 in Umfangsrichtung gleich ausgebildet.
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Die ersten Teilabschnitte 60 greifen in die Schlitze 42 zumindest abschnittsweise ein und verleihen dem Polzahn 46 dadurch die Polzahngeometrie. Auf diese Weise können beim Einsatz unterschiedlicher Spaltrohrvarianten bei gleichbleibendem Statorblechschnitt des Stators 14 unterschiedliche Motorvarianten erzeugt werden.
