DE102019215563A1

DE102019215563A1 - Stator of an electrical machine

Info

Publication number: DE102019215563A1
Application number: DE102019215563.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Linkens; Stefan Simon
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-04-15
Also published as: WO2021069537A1

Abstract

Es wird ein Stator (12) einer elektrischen Maschine (10) beschrieben mit einem ringförmigen Blechpaket (18) und mit einem zylinderförmigen Statorträger (16), welche jeweils einander zugewandte und in Umfangsrichtung ausgebildete Fügeflächen (16a; 18a) aufweisen und über diese drehfest zusammengefügt sind. Es wird zur verbesserten Abstützung eines Motormoments vorgeschlagen, ein ringförmiges Abstützelement (30) axial in den Fügebereich (28) einzusetzen, wobei das Abstützelement mit den Fügeflächen (16a, 18a) von Blechpaket (18) und Statorträger (16) formschlüssig zusammenwirkt.A stator (12) of an electrical machine (10) is described with an annular laminated core (18) and with a cylindrical stator carrier (16), each of which has mutually facing joining surfaces (16a; 18a) formed in the circumferential direction and joined together in a rotationally fixed manner are. To improve the support of a motor torque, it is proposed to insert an annular support element (30) axially into the joining area (28), the support element interacting with the joining surfaces (16a, 18a) of the laminated core (18) and stator carrier (16) in a form-fitting manner.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator eine elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 9.The invention relates to a stator, an electrical machine according to the preamble of patent claim 1 and an electrical machine according to patent claim 9.

Elektrische Maschinen umfassen eine als Stator mit einer Statorwicklung versehene feststehende Komponente und eine als Rotor ausgebildete drehende Komponente, welche gleichfalls mit einer Wicklung, mit Permanentmagneten oder auch ohne diese ausgebildet sein kann. Zur Erzeugung einer Drehbewegung des Rotors werden in der Regel im Rotor und/oder im Stator örtlich und zeitlich ändernde Magnetfelder erzeugt. Das Rotordrehmoment erzeugt im Stator, genauer in dessen die Wicklung tragenden Blechpaket ein entsprechendes Gegenmoment gleichen Betrages, welches über einen das Statorblechpaket aufnehmenden Statorträger abgestützt werden muss. Der Statorträger selbst kann aufgrund einer größeren Konstruktionsfreiheit leicht an anderen Bauteilen einer Vorrichtung oder einer Anlage drehgesichert festgelegt werden.Electrical machines comprise a stationary component which is provided as a stator with a stator winding and a rotating component which is designed as a rotor and which can likewise be designed with a winding, with permanent magnets or even without them. In order to generate a rotary movement of the rotor, magnetic fields that change locally and over time are generally generated in the rotor and / or in the stator. The rotor torque generates in the stator, more precisely in its laminated core carrying the winding, a corresponding counter-torque of the same amount, which has to be supported by a stator carrier that receives the stator laminated core. The stator carrier itself can easily be secured against rotation on other components of a device or a system due to the greater freedom of design.

Es ist gemäß einer gängigen Lösung zu diesem Zweck beispielsweise bekannt, das Blechpaket mittels einer Presspassung kraftschlüssig auf dem Rotorträger festzulegen, so dass eine wirkende Reibkraft eine durch das Motormoment erzeugte Reaktionskraft an dem Fügebereich kompensiert und das Statorblechpaket unter den auftretenden Betriebsbedingungen sicher stillgesetzt ist.According to a common solution for this purpose, it is known, for example, to fix the laminated core on the rotor arm with a force fit by means of a press fit, so that an acting frictional force compensates for a reaction force generated by the motor torque at the joining area and the stator laminated core is safely shut down under the operating conditions that occur.

Elektrische Maschinen für Fahrzeugantriebe benötigen zur Beschleunigung der Fahrzeugmasse vergleichsweise große Antriebsdrehmomente, welche aufgrund der kompakten Ausbildung derartiger Antriebe jedoch nur eine vergleichsweise kleine Umfangsfläche am Stator zur Abstützung des Gegenmomentes vorfinden. Die geforderte Drehfestigkeit der bekannten reibschlüssige Verbindung von Blechpaket und Stator kann nicht unter allen Betriebs- und Temperaturbedingungen eingehalten werden. Zur Verbesserung der Abstützung ist es weiter an sich bekannt, zwischen einem Statorblechpaket und einem Statorträger, welcher gleichzeitig als ein Maschinengehäuse ausgebildet sein kann, eine Schraubverbindung vorzusehen oder eine gegenseitige Formschlussverbindung auszubilden oder zu diesem Zweck auch ein Einlegeelement zwischen die genannten Funktionselemente einzufügen, wie dieses beispielhaft in der DE 8137239 U1 offenbart ist.Electric machines for vehicle drives require comparatively large drive torques to accelerate the vehicle mass, which due to the compact design of such drives, however, only have a comparatively small circumferential surface on the stator to support the counter-torque. The required torsional strength of the known frictional connection between the laminated core and the stator cannot be maintained under all operating and temperature conditions. To improve the support, it is also known per se to provide a screw connection between a laminated stator core and a stator carrier, which can also be designed as a machine housing, or to form a mutual positive connection or, for this purpose, to insert an insert element between the functional elements mentioned, such as this one exemplary in the DE 8137239 U1 is revealed.

Die Erfindung stellt sich vor dem geschilderten Hintergrund die Aufgabe, einen Stator mit einer verbesserten Abstützung gegenüber einem Antriebsmoment einer elektrischen Maschine und eine elektrische Maschine mit einem solchen Stator bereitzustellen.Against the background described, the invention has the object of providing a stator with improved support with respect to a drive torque of an electrical machine and an electrical machine with such a stator.

Die vorstehend genannte Aufgabe durch einen Stator mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 10 gelöst.The above-mentioned object is achieved by a stator having the features of patent claim 1 and by an electrical machine according to patent claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren entnehmbar.Advantageous refinements and developments of the invention can be found in the dependent claims as well as the following description and the attached figures.

Es wird demnach ein Stator einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, welcher ein ringförmiges Blechpaket und einen zylinderförmigen Statorträger umfasst. Das Blechpaket und der Statorträger weisen jeweils einander zugewandte und in Umfangsrichtung ausgebildete Fügeflächen auf, wobei die Verbindungspartner unter Ausbildung eines Fügebereichs mittels der Fügeflächen um eine Mittelachse A drehfest zusammengefügt sind, um beim Betreiben der elektrischen Maschine ein Reaktionsmoment des Blechpakets über den Statorträger abzustützen.Accordingly, a stator of an electrical machine is proposed which comprises an annular laminated core and a cylindrical stator carrier. The laminated core and the stator carrier each have mutually facing joining surfaces formed in the circumferential direction, the connection partners being non-rotatably joined together around a central axis A by means of the joining surfaces, in order to support a reaction torque of the laminated core via the stator carrier when the electrical machine is operated.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Fügebereich ein ringförmiges Abstützelement axial eingesetzt ist, welches mit den Fügeflächen von Blechpaket und Statorträger formschlüssig zusammenwirkt. Die Fügeflächen von Blechpaket und Statorträger, also deren zueinander zugewandte Umfangsflächen, liegen dadurch nicht unmittelbar gegenseitig aneinander, sondern unter radialem Einschluss des Abstützelements an. Dabei ist das Abstützelement ausgebildet, um einen Formschluss zum Blechpaket und einen Formschluss zum Statorträger auszubilden, wobei der Formschluss durch axiales Fügen von Blechpaket, Abstützelement und Statorträger erzeugt wird. Zur Erzeugung des Formschlusses weist das Abstützelement von dessen Grundkörper radial beidseitig abstehende, also sowohl nach radial innen als auch nach radial außen gerichtete Vorsprünge bzw. Erhebungen auf, welche zum einen in entsprechende Vertiefungen am Blechpaket und am Statorträger eingreifen können. Ein in Umfangsrichtung wirkendes Moment der elektrischen Maschine kann in beiden Drehrichtungen über Flanken dieser Erhebungen abgestützt werden, so dass dadurch das Blechpaket und der Statorträger drehgesichert zueinander gefügt sind. Eine Temperaturänderung oder Temperaturwechselbelastungen des Stators und ein aufgrund unterschiedlicher Werkstoffe von Statorträger und Blechpaket resultierendes unterschiedlichen Wärmedehnverhalten hat somit keine Auswirkungen auf die Drehmomentabstützung des Blechpakets. Eine passgenaue Ausbildung der Fügeflächen von Blechpaket und Statorträger, wie das bei einem unmittelbaren Fügen, beispielsweise zur Erzielung Presspassung erforderlich ist, erübrigt sich. Durch das Einfügen des Abstützelements wird eine größere Fertigungstoleranz ermöglicht.In the context of the invention it is provided that an annular support element is inserted axially in the joining area, which cooperates positively with the joining surfaces of the laminated core and the stator carrier. The joining surfaces of the laminated core and stator carrier, that is to say their circumferential surfaces facing one another, are therefore not in direct contact with one another, but rather with radial inclusion of the support element. The support element is designed to form a form fit to the laminated core and a form fit to the stator carrier, the form fit being produced by axially joining the sheet metal core, support element and stator carrier. To generate the form fit, the support element has projections or elevations which protrude radially on both sides from its base body, i.e. both radially inward and radially outward, which can engage in corresponding depressions on the laminated core and on the stator carrier. A moment of the electrical machine acting in the circumferential direction can be supported in both directions of rotation via flanks of these elevations, so that the laminated core and the stator carrier are joined to one another in a rotationally secured manner. A temperature change or thermal shock loads on the stator and a different thermal expansion behavior resulting from the different materials of the stator carrier and laminated core thus have no effect on the torque support of the laminated core. A precisely fitting design of the joining surfaces of the laminated core and stator carrier, as is necessary in the case of direct joining, for example to achieve a press fit, is unnecessary. By inserting the support element, a greater manufacturing tolerance is made possible.

Das Abstützelement ist allgemein ringförmig ausgebildet, was einteilig oder mehrteilig erfolgen kann. Das Abstützelement kann bei der Montage des Stators zunächst an dem Statorträger oder an dem Blechpaket angeordnet werden, um das jeweils andere der genannten Elemente danach axial zu fügen. Der Statorträger kann radial außerhalb des Blechpakets angeordnet sein, wobei die Fügeflächen durch eine Außenumfangsfläche des Blechpakets und eine Innenumfangsfläche des Statorträgers gebildet werden. Der Statorträger kann dabei als ein Gehäuse einer entsprechenden elektrischen Maschine in Innenläuferbauart vorliegen. Andererseits kann der Statorträger bei einer elektrischen Außenläufermaschine radial innerhalb des Blechpakets angeordnet sein, wobei die Fügeflächen durch eine Innenumfangsfläche des Blechpakets und durch eine Außenumfangsfläche des Statorträgers gebildet werden. Unabhängig davon kann der Statorträger in einer üblichen Weise aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sein. Das Blechpaket des Stators ist üblicherweise aus einer Stapelung von Blechlamellen eines Elektroblechs, also eines Eisenwerkstoffs, gebildet.The support element is generally ring-shaped, which can be made in one piece or in several pieces. During the assembly of the stator, the support element can initially be arranged on the stator carrier or on the laminated core in order to then join the other of the named elements axially. The stator carrier can be arranged radially outside the laminated core, the joining surfaces being formed by an outer circumferential surface of the laminated core and an inner circumferential surface of the stator carrier. The stator carrier can be present as a housing of a corresponding electrical machine of internal rotor design. On the other hand, the stator carrier in an electrical external rotor machine can be arranged radially inside the laminated core, the joining surfaces being formed by an inner circumferential surface of the laminated core and by an outer circumferential surface of the stator carrier. Independently of this, the stator carrier can be produced in a customary manner from an aluminum material. The laminated core of the stator is usually formed from a stack of laminations of sheet metal from an electrical steel sheet, that is to say an iron material.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Stators können an den Fügeflächen von Blechpaket und Statorträger jeweils mehrere in Umfangsrichtung verteilte Axialnuten vorgesehen sein, in welche von einem Grundkörper des Abstützelements abstehende Axialstege eingreifen. Die Axialstege des Abstützelements und die Axialnuten von Blechpaket und Statorträger können auf diese Weise eine verzahnungsähnliche Anordnung ausbilden, wobei ein wirkendes Drehmoment über eine Mehrzahl von gegenseitig anliegenden Axialnuten und Axialstegen in dort wirkende Einzelkräfte zerlegt und abgestützt werden kann. Grundsätzlich können die Strukturen auch geometrisch umgekehrt ausgebildet sein, wobei dann am Blechpaket und am Statorträger Axialstege und am Abstützelement Axialnuten vorliegen.According to an advantageous embodiment of the stator, a plurality of axial grooves distributed in the circumferential direction can be provided on the joining surfaces of the laminated core and stator carrier, in which axial webs protruding from a base body of the support element engage. The axial webs of the support element and the axial grooves of the laminated core and stator carrier can in this way form a toothing-like arrangement, whereby an acting torque can be broken down and supported into individual forces acting there via a plurality of mutually adjacent axial grooves and axial webs. In principle, the structures can also be designed geometrically reversed, in which case there are axial webs on the laminated core and on the stator carrier and axial grooves on the support element.

Zur Ausbildung eines Axialanschlags in einer Einführrichtung bzw. einer Fügerrichtung des Abstützelements zum Blechpaket und/oder zum Statorträger kann zumindest ein Teil der Axialstege des Abstützelements keilförmig verjüngend ausgebildet sein. Entsprechend können auch die dazu korrespondierenden Nuten von Blechpaket und/oder Statorträger keilförmig verjüngend ausgebildet sein.To form an axial stop in an insertion direction or a joining direction of the support element to the laminated core and / or to the stator carrier, at least some of the axial webs of the support element can be tapered in a wedge shape. Correspondingly, the corresponding grooves of the laminated core and / or stator carrier can also be tapered in a wedge shape.

Grundsätzlich können jeweils die Axialnuten von Blechpaket und Statorträger und die entsprechenden Axialstege des Abstützelements gruppenweise an denselben Umfangspositionen ausgebildet sein. Mit Vorteil kann am Abstützelement eine gleichmä-ßigere Kraftverteilung in Umfangsrichtung erzielt werden, indem die Axialnuten von Blechpaket und Statorträger in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.In principle, the axial grooves of the laminated core and stator carrier and the corresponding axial webs of the support element can each be formed in groups at the same circumferential positions. A more uniform force distribution in the circumferential direction can advantageously be achieved on the support element in that the axial grooves of the laminated core and stator carrier are arranged offset from one another in the circumferential direction.

Das Abstützelement kann auf vielfältige Weise realisiert werden und beispielweise als ein Massivteil aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem temperaturfesten Kunststoff ausgebildet sein. Ein besonders gewichtssparendes und leicht zu fertigendes Abstützelement kann als ein Blechumformteil ausgebildet sein. Insbesondere kann das Abstützelement als ein vergleichsweise dünnwandiges Blechelement, insbesondere als ein Blechring aus einem Eisenwerkstoff ausgebildet sein, welcher umfangsmäßig offenen oder geschlossen ausgebildet ist. Die zur Erzeugung des Formschlusses mit dem Statorträger und dem Blechpaket erforderlichen Strukturen, wie beispielsweise die bereits erläuterten Axialstege oder Axialnuten können durch Umformprozesse, insbesondere durch ein Kaltumformen erzeugt werden.The support element can be implemented in a variety of ways and, for example, be designed as a solid part made of a metallic material or a temperature-resistant plastic. A support element that is particularly weight-saving and easy to manufacture can be designed as a formed sheet metal part. In particular, the support element can be designed as a comparatively thin-walled sheet-metal element, in particular as a sheet-metal ring made of an iron material, which is designed to be open or closed on the circumference. The structures required to produce the form fit with the stator carrier and the laminated core, such as, for example, the axial webs or axial grooves already explained, can be produced by forming processes, in particular by cold forming.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, einen radialen Abstand der einander zugewandten Fügeflächen von Blechpaket und Statorträger, insbesondere außerhalb der Axialnuten, größer auszubilden als eine Grundmaterialstärke des Abstützelements. Die Grundmaterialstärke stellt eine Materialstärke bzw. -dicke eines Grundkörpers des Abstützelements dar. Auf diese Weise ist die Ausbildung eines Ringraums zwischen dem Blechpaket und dem Statorträger möglich, welcher beispielweise als ein mit einem Kühlfluid füllbarer Kühlmantel des Stators zur Abführung einer Verlustwärme fungieren kann. Die Formschlussstrukturen am Abstützelement können zu diesem Zweck so ausgebildet und zueinander angeordnet werden, dass die außerhalb der Formschlussstrukturen angrenzenden Bereiche von Statorträger und Blechpaket unmittelbar von einem Kühlfluid benetzt werden und in Axialrichtung und in Umfangsrichtung am Stator durchströmbar sind. Dazu können insbesondere an axialen Endbereichen der Axialstege oder auch an anderen Positionen Durchgangsöffnungen in das Abstützelement eingebracht sein, welche ein radial beidseitiges Umströmen des Abstützelements mit einem Kühlfluid ermöglichen.A further development of the invention provides for a radial distance between the mutually facing joining surfaces of the laminated core and stator carrier, in particular outside the axial grooves, to be greater than a base material thickness of the support element. The base material thickness represents a material thickness or thickness of a base body of the support element. In this way, the formation of an annular space between the laminated core and the stator carrier is possible, which can function, for example, as a cooling jacket of the stator that can be filled with a cooling fluid to dissipate heat loss. For this purpose, the form-fit structures on the support element can be designed and arranged with respect to one another in such a way that the areas of stator carrier and laminated core adjoining outside the form-fit structures are wetted directly by a cooling fluid and can flow through in the axial direction and in the circumferential direction on the stator. For this purpose, through openings can be made in the support element, in particular at axial end regions of the axial webs or also at other positions, which allow a cooling fluid to flow radially around both sides of the support element.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Blechpaket des Stators segmentiert ausgebildet sein und mehrere in Umfangsrichtung zusammengesetzte Segmente mit einem Jochbereich und einen Zahnbereich aufweisen, wobei jeweils eine der am Jochbereich ausgebildeten Axialnuten und der Zahnbereich an demselben Umfangsabschnitt ausgebildet sind. Bei der Montage des Stators werden die ringkreisförmig zusammengefügten Segmente durch das Abstützelement vor der weiteren Montage am bzw. innerhalb des Statorträgers zusammengehalten und bilden eine vormontierte Baueinheit. Die vorgeschlagene Anordnung der Axialnuten am Jochbereich der Segmente bewirkt eine nur geringe Beeinflussung eines sich im Blechpaket ausbreitenden magnetischen Flusses. Vorzugsweise können diese Axialnuten in Umfangsrichtung zumindest etwa mittig zu den Statorzähnen angeordnet werden.According to one embodiment, the laminated core of the stator can be segmented and have several segments assembled in the circumferential direction with a yoke area and a tooth area, one of the axial grooves formed on the yoke area and the tooth area being formed on the same circumferential section. During the assembly of the stator, the segments joined together in the shape of a circular circle are held together by the support element before further assembly on or within the stator carrier and form a preassembled structural unit. The proposed arrangement of the axial grooves on the yoke area of the segments has only a slight effect on a magnetic flux propagating in the laminated core. These axial grooves can preferably be arranged in the circumferential direction at least approximately in the center of the stator teeth.

Wie bereits angesprochen, werden die Verbindungspartner axial gefügt, wobei der Statorträger zur Montage des Blechpakets eine axiale Einführseite aufweist. Die Ausbildung einer axialen Sicherung der Fügeverbindung kann erfolgen, indem der Stützring an der Einführseite des Statorträgers das Blechpaket etwas axial überragt und wobei ein Distanzring vorgesehen ist, der sich axial an dem Blechpaket und an dem Stützelement abstützt und der mittels eines Sicherungselements an der Einführseite des Statorträgers, insbesondere an dessen Innenumfangsfläche festgelegt ist. An der der Einführseite axial abgewandten Seite kann am Statorträger ein Axialanschlag, zum Beispiel eine Durchmesserstufe zur Festlegung des Stützrings ausgebildet sein.As already mentioned, the connection partners are joined axially, the stator carrier having an axial insertion side for mounting the laminated core. The formation of an axial securing of the joint connection can be done in that the support ring on the insertion side of the stator protrudes slightly axially over the laminated core and a spacer ring is provided which is axially supported on the laminated core and on the support element and which is supported by a securing element on the insertion side of the Stator carrier, in particular is fixed on the inner circumferential surface. On the side facing axially away from the insertion side, an axial stop, for example a diameter step for fixing the support ring, can be formed on the stator carrier.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen mit einem Stator mit zumindest einem der zuvor erläuterten Merkmale und mit einem drehbar zu diesem gelagerten Rotor.According to a further aspect, an electrical machine is proposed with a stator with at least one of the features explained above and with a rotor mounted rotatably relative to this.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using an embodiment shown in the figures.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine in einem Querschnitt mit einem Stator und mit einem zwischen einem Statorträger und einem Blechpaket des Stators eingesetzten Abstützelement;
2 eine perspektivische Darstellung eines Abstützelements;
3 eine teilweise Darstellung des Abstützelements von 2 in einer axialen Draufsicht;
4 eine ausschnittweise Darstellung einer äußeren Umfangsfläche des Abstützelements von 2;
5 eine ausschnittweise Darstellung der Anordnung des Abstützelements von 2 an einem segmentierten Stator;
6 eine ausschnittweise Axialschnittdarstellung des Stators von 5.

Show it:

1 a schematic representation of an electrical machine in a cross section with a stator and with a support element inserted between a stator carrier and a laminated core of the stator;
2 a perspective view of a support element;
3 a partial representation of the support element of 2 in an axial plan view;
4th a detail view of an outer peripheral surface of the support element from 2 ;
5 a detail view of the arrangement of the support element of 2 on a segmented stator;
6th a partial axial sectional view of the stator from 5 .

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Um Wiederholungen zu vermeiden wird auf eine mehrfache Beschreibung identischer Gegenstände, Funktionseinheiten oder vergleichbarer Komponenten in verschiedenen Ausführungsbeispielen verzichtet und es werden diesbezüglich lediglich Unterschiede der Ausführungsbeispiele beschrieben.The same objects, functional units or comparable components are denoted by the same reference symbols in all the figures. Furthermore, summarizing reference symbols are used for components and objects that occur several times in an exemplary embodiment or in a representation, but are described jointly with regard to one or more features. In order to avoid repetition, a multiple description of identical objects, functional units or comparable components in different exemplary embodiments is dispensed with and only differences between the exemplary embodiments are described in this regard.

1 zeigt zunächst eine schematische und stark vereinfachte Darstellung einer elektrischen Maschine 10 in einem radialen Querschnitt mit einem Stator 12 und mit einem um eine Drehachse A drehbar zu diesem gelagerten Rotor 14. Die elektrische Maschine 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine permanenterregte Synchronmaschine in Innenläuferbauart ausgebildet und dient als Antrieb eines damit ausgestatten Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Im Rahmen der Erfindung ist die konkrete Bauart und Ausgestaltung der Maschine jedoch unerheblich. Der Stator 12 der elektrischen Maschine 10 umfasst einen hier als ein Außengehäuse ausgebildeten zumindest im Wesentlichen zylinderförmigen Statorträger 16, in welches ein ringförmiges, aus gestapelten Blechlamellen aufgebautes Statorblechpaket 18 bzw. Blechpaket 18 eingesetzt ist. 1 shows first a schematic and greatly simplified representation of an electrical machine 10 in a radial cross section with a stator 12th and with one around an axis of rotation A. rotatable to this mounted rotor 14th . The electric machine 10 In the present exemplary embodiment, it is designed as a permanently excited synchronous machine of internal rotor design and serves as a drive for an electric or hybrid vehicle equipped with it. In the context of the invention, however, the specific design and configuration of the machine is irrelevant. The stator 12th of the electric machine 10 comprises an at least essentially cylindrical stator carrier which is designed here as an outer housing 16 , in which a ring-shaped stator lamination stack made up of stacked lamellas 18th or laminated core 18th is used.

Das Blechpaket 18 ist, wie im Detail in 5 zu sehen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel segmentiert ausgebildet und weist mehrere in Umfangsrichtung zusammengesetzte Segmente 20 mit einem Jochbereich 22 und mit einem Zahn 24 bzw. Zahnbereich 24 auf. Die Zahnbereiche 24 sind mit Spulen 26 bewickelt und bilden in deren Gesamtheit eine Statorwicklung aus. Der Statorträger 16 in Form des Getriebegehäuse ist als Gussteil aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt. In einem Fügebereich 28 von Statorträger 16 und Blechpaket 18 liegen sich eine Innenumfangsfläche 16a des Statorträgers 16 und eine Außenumfangsfläche 18a des Blechpakets 18 radial gegenüber. Die Innenumfangsfläche 16a und die Außenumfangsfläche 18a bilden damit jeweils Fügeflächen aus. Beim Bewegen des Fahrzeugs erzeugt das Antriebsmoment der elektrischen Maschine 10 am Stator 12 ein Reaktionsmoment, welches über das Statorblechpaket 18 eingeleitet wird und über den Statorträger 16 abgestützt werden muss.The sheet metal package 18th is, as detailed in 5 to see, formed segmented in the present embodiment and has several segments assembled in the circumferential direction 20th with a yoke area 22nd and with one tooth 24 or tooth area 24 on. The tooth areas 24 are with coils 26th wound and together form a stator winding. The stator carrier 16 in the form of the gear housing is made as a cast part from an aluminum material. In a joining area 28 of stator carrier 16 and laminated core 18th lie an inner circumferential surface 16a of the stator carrier 16 and an outer peripheral surface 18a of the laminated core 18th radially opposite. The inner peripheral surface 16a and the outer peripheral surface 18a thus each form joining surfaces. When the vehicle is moving, the drive torque is generated by the electric machine 10 on the stator 12th a reaction torque, which is generated via the stator core 18th is initiated and via the stator carrier 16 must be supported.

Zur Erzielung einer drehfesten Verbindung zwischen dem Blechpaket 18 und dem Statorträger 16 ist radial zwischen diesen ein nachfolgend erläutertes Abstützelement 30 in dem Fügebereich 28 angeordnet und dazu axial eingesetzt. Das Abstützelement 30 ist speziell als ein ringförmig geschlossenes Blechelement ausgebildet, welches mit den Fügeflächen 16a, 18a von Blechpaket 18 und Statorträger 16 formschlüssig zusammenwirkt.To achieve a non-rotatable connection between the laminated core 18th and the stator carrier 16 is a support element explained below radially between these 30th in the joining area 28 arranged and used axially for this purpose. The support element 30th is specially designed as a ring-shaped closed sheet metal element, which with the joining surfaces 16a , 18a of sheet metal package 18th and stator carrier 16 cooperates positively.

An den Fügeflächen 16a, 18a von Statorträger 16 und Blechpaket 18 sind dazu jeweils mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Axialnuten 16b, 18b vorgesehen, in welche von einem zylindrischen Grundkörper 30a des Abstützelements 30 abstehende Axialstege 30b, 30c eingreifen. Die Axialstege 30b sind an einer Außenumfangsfläche 30f und die Axialstege 30c sind an einer Innenumfangsfläche des Grundkörpers vorgesehen. Die Axialstege 30b, 30c des Abstützelements 30 und die Axialnuten 16b, 18b von Statorträger 16 und Blechpaket 18 sind dabei weiter insbesondere trapezförmig ausgeführt und bilden jeweils paarweise eine formschlüssige Verbindung 32a, 32b, insbesondere verzahnungsähnliche Anordnungen aus. Die Axialstege 30b, 30c des Abstützelements 30 sind durch Umformprozesse mittels eines Presswerkzeugs ausgebildet. Die Axialstege 30b zum Zusammenwirken mit dem Statorträger 16 sind innerhalb einer vorgegebenen axialen Erstreckung ausgebildet, wobei axial beidseitig dieser Axialstege 30b im Wesentlichen unverformte Zylinderbereiche 30e anschließen. Dagegen sind die mit dem Blechpaket 18 zusammenwirkenden Axialstege 30c von einem an einer Stirnseite vorliegenden unverformten Zylinderbereich 30e ausgehend bis über die andere Stirnseite axial durchgehend ausgebildet. Die Axialstege 30c weisen einen kleineren Querschnitt als die Axialstege 30b auf.On the joining surfaces 16a , 18a of stator carrier 16 and laminated core 18th are for this purpose several axial grooves evenly distributed in the circumferential direction 16b , 18b provided in which by a cylindrical body 30a of the work support 30th protruding axial webs 30b , 30c intervention. The axial webs 30b are on an outer peripheral surface 30f and the axial webs 30c are on an inner peripheral surface of the base body provided. The axial webs 30b , 30c of the work support 30th and the axial grooves 16b , 18b of stator carrier 16 and laminated core 18th are also designed in particular trapezoidal and each pair form a form-fitting connection 32a , 32b , in particular gear-like arrangements. The axial webs 30b , 30c of the work support 30th are formed by forming processes using a pressing tool. The axial webs 30b to interact with the stator carrier 16 are formed within a predetermined axial extent, with these axial webs axially on both sides 30b essentially undeformed cylinder areas 30e connect. On the other hand, those with the laminated core are 18th cooperating axial webs 30c from an undeformed cylinder area present on one end face 30e axially continuously formed starting over the other end face. The axial webs 30c have a smaller cross-section than the axial webs 30b on.

Zur Ausbildung der Axialnuten 18b des Blechpakets 18 sind an den einzelnen Blechlamellen jeweils Ausnehmungen vorgesehen, die beim Stapeln dieser Blechlamellen deckungsgleich angeordnet werden. Es ist in 5 sichtbar, dass an einem Segment 20 die dort am Jochbereich 22 ausgebildete Axialnut 16b und der Zahnbereich 24 jeweils an demselben Umfangsabschnitt ausgebildet sind. Weiter sind die Axialnuten 16b in Umfangsrichtung etwa mittig zu den Zähnen 24 angeordnet. Des Weiteren sind die Axialnuten 16b, 18b von Statorträger 16 und Blechpaket 18 und in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet.To form the axial grooves 18b of the laminated core 18th recesses are provided on the individual sheet-metal lamellas, which are arranged congruently when these sheet-metal lamellae are stacked. It is in 5 visible that on a segment 20th those there at the yoke area 22nd formed axial groove 16b and the tooth area 24 are each formed on the same peripheral portion. Next are the axial grooves 16b in the circumferential direction approximately in the middle of the teeth 24 arranged. Furthermore are the axial grooves 16b , 18b of stator carrier 16 and laminated core 18th and arranged offset to one another in the circumferential direction.

Ein wirkendes Abstützmoment kann durch die zuvor erläuterte Anordnung somit über die Vielzahl von gegenseitig paarweise zusammenwirkenden Axialnuten 16b, 18b und Axialstegen 30b, 30c in Einzelkräfte zerlegt und in Umfangsrichtung des Stators 12 über Nutflanken 160b, 180b und Stegflanken 300b, 300c abgestützt werden.An acting support torque can thus be achieved through the arrangement explained above via the large number of axial grooves that interact in pairs 16b , 18b and axial webs 30b , 30c broken down into individual forces and in the circumferential direction of the stator 12th over groove flanks 160b , 180b and web flanks 300b , 300c be supported.

Wie besonders anhand von 5 erkennbar, ist der radiale Abstand 34 der einander zugewandten Fügeflächen 16a, 18a von Statorträger 16 und Blechpaket 18, insbesondere außerhalb der Axialnuten 16b, 18b, größer als eine Grundmaterialstärke 30h bzw. Dicke des Abstützelements 30 ausgebildet. Der somit innerhalb eines begrenzten Axialbereichs erzeugte Ringraum 36 zwischen dem Blechpaket 18 und dem Statorträger 16 dient als ein mit einem Kühlfluid füllbarer Kühlmantel des Stators 12 zur Abführung einer Verlustwärme beim Betreiben der elektrischen Maschine 10. 4 zeigt, dass insbesondere an axialen Endbereichen 30e der Axialstege 30b, 30c oder auch an anderen Positionen Durchgangsöffnungen 30d in das Abstützelement 30 eingebracht sind, welche einen ungehinderten Durchfluss eines Kühlfluids ermöglichen.How especially with 5 recognizable is the radial distance 34 the mutually facing joining surfaces 16a , 18a of stator carrier 16 and laminated core 18th , especially outside the axial grooves 16b , 18b , greater than a base material thickness 30h or thickness of the support element 30th educated. The annular space thus generated within a limited axial area 36 between the laminated core 18th and the stator carrier 16 serves as a cooling jacket of the stator that can be filled with a cooling fluid 12th for dissipating heat loss when operating the electrical machine 10 . 4th shows that in particular at axial end regions 30e the axial webs 30b , 30c or through openings at other positions 30d in the support element 30th are introduced, which allow an unhindered flow of a cooling fluid.

Zur Montage des Stators 12 werden die ringkreisförmig zusammengefügten Segmente 20 mit dem ringförmigen Abstützelement 30 verbunden bzw. durch dieses eingefasst. Dadurch wird eine vormontierte Baueinheit aus dem Blechpaket 18 und dem Abstützelement 30 gebildet. In einem weiteren Schritt wird die Baueinheit axial mit dem Statorträger 16 in Form des Getriebegehäuses gefügt, welcher die Baueinheit an einer axialen Einführseite 16c innerhalb einer dort ausgebildeten zentralen Aufnahmeöffnung 16d aufnehmen kann.For mounting the stator 12th are the segments that are joined together in an annular circle 20th with the annular support element 30th connected or enclosed by this. This creates a preassembled structural unit from the laminated core 18th and the support element 30th educated. In a further step, the structural unit is axially connected to the stator carrier 16 joined in the form of the gear housing, which the structural unit on an axial insertion side 16c within a central receiving opening formed there 16d can accommodate.

Die vormontierte Baugruppe wird beim Einführen in einer Einführrichtung des Statorträgers 16 an zwei axial voneinander beabstandeten Positionen über einen Zentrierdurchmesser D1 zentriert. Eine erste Zentrierung erfolgt an dem Durchmesser D1 mittels einer ersten geschlossenen inneren Zylinderfläche Z1 des Statorträgers 16, welche mit den Zylinderbereichen 30e des Abstützelements 30 zusammenwirkt. Die Zylinderbereiche 30e sind dabei den Axialstegen 30b in der Einführrichtung der Baugruppe vorgelagert.The preassembled assembly is inserted in one direction of insertion of the stator carrier 16 at two axially spaced positions over a centering diameter D1 centered. A first centering takes place on the diameter D1 by means of a first closed inner cylinder surface Z1 of the stator carrier 16 , which with the cylinder areas 30e of the work support 30th cooperates. The cylinder areas 30e are the axial webs 30b upstream in the direction of insertion of the assembly.

Weiterhin erfolgt eine zweite Zentrierung gleichfalls an dem Durchmesser D1 des Statorträgers 16 bzw. des Gehäuses mittels einer zweiten, hier segmentierten inneren Zylinderfläche Z2, welche dort mit Zylinderbereichen 30e des Abstützelements 30 zusammenwirkt. Die Zylinderfläche Z2 wird dabei von den zwischen den Nuten 16b ausgebildeten Steginnenflächen 16e gemeinsam aufgespannt.Furthermore, a second centering also takes place on the diameter D1 of the stator carrier 16 or the housing by means of a second, here segmented inner cylinder surface Z2 , which there with cylinder areas 30e of the work support 30th cooperates. The cylinder surface Z2 is done by the between the grooves 16b trained inner web surfaces 16e spanned together.

Die vormontierte Baugruppe wird soweit axial in das Getriebegehäuse 16 eingeschoben bis die in der Einführrichtung keilförmig verjüngend ausgebildeten Axialnuten 16b von Getriebegehäuse 16 und die ebenso ausgebildeten Axialstege 30b des Stützelements 30 in Anlage gelangen und eine weitere Verlagerung blockieren.The preassembled assembly is axially inserted into the gearbox housing 16 pushed in until the axial grooves tapering in the form of a wedge in the direction of insertion 16b of gear housing 16 and the also designed axial webs 30b of the support element 30th get into the system and block further relocation.

Die Ausbildung einer axialen Sicherung der Fügeverbindung entgegen der Einführrichtung erfolgt mittels eines Distanzringes 38. In der 6 ist erkennbar, dass das Abstützelement 30 an der Einführseite 16c des Statorträgers 16 das Blechpaket 18 axial um einen gewissen Betrag überragt. An dieser Position ist das Abstützelement 30 mit einem im Durchmesser vergrößerten Bereich 30k ausgeführt. Der Distanzring 38 ist so eingesetzt, dass sich dieser axial an dem Blechpaket 18 und an dem Bereich 30k des Stützelements 30 abstützen kann. Die axiale Sicherung des Distanzrings 38 und damit des Verbandes erfolgt mittels seines Sicherungselements 40, insbesondere eines Sprengrings, welcher an der Einführseite 16c des Statorträgers 16, insbesondere an dessen Innenumfangsfläche festgelegt ist. An der der Einführseite 16c axial abgewandten Seite ist am Statorträger 16 zudem ein Axialanschlag 42 in Form einer Durchmesserstufe zur Anlage des Abstützelements 30 und zur Festlegung des Blechpakets 18 ausgebildet.An axial securing of the joint against the direction of insertion is created by means of a spacer ring 38 . In the 6th it can be seen that the support element 30th on the lead-in side 16c of the stator carrier 16 the laminated core 18th axially protrudes by a certain amount. The support element is in this position 30th with an area enlarged in diameter 30k executed. The spacer ring 38 is inserted so that it is axially on the laminated core 18th and at the area 30k of the support element 30th can support. The axial securing of the spacer ring 38 and thus the association takes place by means of its securing element 40 , in particular a snap ring, which on the insertion side 16c of the stator carrier 16 , is set in particular on the inner circumferential surface. On the lead-in side 16c side facing away axially is on the stator carrier 16 also an axial stop 42 in the form of a diameter step for the installation of the Support element 30th and to define the laminated core 18th educated.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: elektrische Maschineelectric machine
1212th: Statorstator
1414th: Rotorrotor
1616: StatorträgerStator carrier
16a16a: InnenumfangsflächeInner peripheral surface
16b16b: AxialnutAxial groove
160b160b: NutflankeGroove flank
16c16c: EinführseiteIntroductory page
16d16d: AufnahmeöffnungReceiving opening
16e16e: SteginnenflächeInner web surface
1818th: BlechpaketLaminated core
18a18a: AußenumfangsflächeOuter peripheral surface
18b18b: AxialnutAxial groove
180c180c: NutflankeGroove flank
2020th: Segmentsegment
2222nd: JochbereichYoke area
2424: ZahnbereichTooth area
2626th: SpuleKitchen sink
2828: FügebereichJoining area
3030th: AbstützelementSupport element
30a30a: GrundkörperBase body
30b30b: AxialstegAxial web
300b300b: StegflankeWeb flank
30c30c: AxialstegAxial web
300c300c: StegflankeWeb flank
30d30d: DurchgangsöffnungThrough opening
30e30e: ZylinderbereichCylinder area
30f30f: AußenumfangsflächeOuter peripheral surface
30g30g: InnenumfangsflächeInner peripheral surface
30h30h: GrundmaterialstärkeBase material thickness
30k30k: DurchmesservergrößerungDiameter enlargement
32a32a: FormschlussverbindungForm-fit connection
32b32b: FormschlussverbindungForm-fit connection
3434: Abstanddistance
3636: RingraumAnnulus
3838: DistanzringSpacer ring
4040: SicherungselementFuse element
4242: AxialanschlagAxial stop
AA.: MaschinenachseMachine axis
D1D1: ZentrierdurchmesserCentering diameter
D2D2: ZentrierdurchmesserCentering diameter
Z1Z1: ZylinderflächeCylinder surface
Z2Z2: ZylinderflächeCylinder surface

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 8137239 U1 [0004]

Claims

Stator (12) of an electrical machine (10), comprising - an annular laminated core (18) and a cylindrical stator carrier (16) which each have mutually facing joining surfaces (16a; 18a) formed in the circumferential direction and wherein - the laminated core (18) and the stator carrier (16) are joined together in a rotationally fixed manner about a central axis A, forming a joining area (28) by means of the joining surfaces (16a, 18a), characterized in that - an annular support element (30) is provided, which axially into the joining area (28 ) is used and which interacts positively with the joining surfaces (16a, 18a) of the laminated core (18) and stator carrier (16).

Stator after Claim 1 , characterized in that a plurality of axial grooves (16b, 18b) distributed in the circumferential direction are provided on the joining surfaces (16a, 18a) of the laminated core (18) and stator carrier (16), into which a base body (30a) of the support element (30) engage protruding axial webs (30b, 30c).

Stator after Claim 1 or 2 , characterized in that at least some of the axial webs (30b, 30c) of the support element (30) are designed to taper in a wedge-shaped manner in an insertion direction to the laminated core (18) or to the stator carrier (16).

Stator according to one of the Claims 1 - 3 , characterized in that the axial grooves (16b, 18b) of the laminated core (18) and stator carrier (16) are arranged offset to one another in the circumferential direction.

Stator according to one of the Claims 1 - 4th , characterized in that the support element (30) is designed as a formed sheet metal part.

Stator according to one of the Claims 1 - 5 , characterized in that a radial distance (34) between the mutually facing joining surfaces (16a, 18a) of the laminated core (18) and stator carrier (16) is greater than a base material thickness of the support element (30).

Stator according to one of the Claims 1 - 6th , characterized in that the laminated core (18) is segmented and has a plurality of segments (20) assembled in the circumferential direction, each comprising a yoke area (22) and a tooth area (24) and with one of the axial grooves formed on the yoke area (22) (18b) and the tooth portion (24) are formed on the same peripheral portion.

Stator according to one of the Claims 1 - 7th , characterized in that the stator carrier (16) has an axial insertion side (16c) for inserting the laminated core (18), the support element (30) on the insertion side (16c) projecting axially beyond the laminated core (18) and a spacer ring (38 ) is provided, which is axially supported on the laminated core (18) and on the support element (30) and which is fixed by means of a securing element (40) on the insertion side (16c) of the stator carrier (16).

Electrical machine (10) comprising a stator (12) according to one of the Claims 1 - 8th and a rotor (14) rotatably mounted on this.