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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Der grundsätzliche Aufbau einer elektrischen Maschine ist aus der Praxis bekannt. So verfügt eine elektrische Maschine über einen Stator, der ein Gehäuse, ein Statorblechpaket und eine Spuleneinrichtung mit Wickelköpfen aufweist. Der Stator wird auch als Ständer bezeichnet. Ferner verfügt eine elektrische Maschine über einen Rotor, der eine Rotorwelle und ein Rotorblechpaket aufweist. Der Rotor wird auch als Läufer bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2016 101 705 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor sowie einer Kühleinrichtung bekannt. Über die Kühleinrichtung können statorseitige Baugruppen gekühlt werden, so die Wickelköpfe des Stators. Über ein Wandungselement, das als Hülse ausgebildet ist, kann der Stator gegenüber dem Rotor abgedichtet werden, um zu verhindern, dass Kühlmittel in den Bereich des Rotors gelangt. Die Hülse verläuft dabei in dem Spalt zwischen Rotor und Stator, steht gegenüber dem Statorblechpaket vor und erstreckt sich in Axialrichtung der Rotorwelle gesehen bis in den Bereich der Wickelköpfe.
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Die
DE 10 2017 102 141 A1 offenbart eine weitere elektrische Maschine mit einem gekühlten Stator. Ein Abdichtmittel ist mit dem Stator formschlüssig verbunden und verhindert, dass Kühlmittel, welches der Kühlung des Stators dient, in den Bereich des Rotors gelangt. Dieses Abdichtmittel ist hülsenartig ausgeführt. Radial außen am Abdichtmittel kann ein Stützring angreifen.
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Aus der
US 2013/0136630 A1 ist eine weitere elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor bekannt. Durch den Spalt zwischen Stator und Rotor erstreckt sich eine Hülse. Diese steht seitlich gegenüber dem Statorblechpaket vor, wobei an diesen seitlich gegenüber dem Statorblechpaket vorstehenden Endabschnitten der Hülse radial außen Stützkörper von zylindrischer Form angreifen, um eine Deformation der Hülse zu verhindern.
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Die
DE 2 258 128 A1 offenbart einen Spaltrohrmotor für Hochdruckpumpen. Der Motor verfügt über einen Stator und einen Rotor. Durch einen Spalt zwischen Stator und Rotor erstreckt sich ein Spaltrohr, welcher den Stator vom Rotor fluiddicht trennt. Das Spaltrohr erstreckt sich axial über äußere Spalthülsen hinweg.
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Es besteht Bedarf an einer elektrischen Maschine, die vorzugsweise als Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs dient, die mit geringem Aufwand gefertigt werden kann und eine effektive fluiddichte Abdichtung eines fluidgekühlten Stators gegenüber dem Rotor aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige elektrische Maschine und ein Kraftfahrzeug zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß steht mindestens ein Endabschnitt des hülsenartigen Wandungselements, welches seitlich gegenüber dem Statorblechpaket vorsteht, radial innen mit einer Spanneinrichtung in Wirkverbindung, welche das hülsenartige Wandungselement im Bereich des jeweiligen Endabschnitts spannt und radial innen stützt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Maschine ist es möglich, die elektrische Maschine einfach zu fertigen und ferner den fluidgekühlten Stator fluiddicht vom Rotor zu trennen. Das Statorblechpaket kann aus Einzelblechen hergestellt werden, die einfach über Stanzpaketieren oder Laserschweißen im Bereich eines Statorrückens verbunden werden können. Es ist nicht erforderlich, im Bereich des Statorblechpakets einen Backlack oder dergleichen zu verwenden.
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Das hülsenartige Wandungselement, welches sich durch den Spalt zwischen Stator und Rotor hindurch erstreckt, ist als separate Baugruppe ausgeführt, also vom Statorblech getrennt und nicht mit dem Statorblechpaket stoffschlüssig verbunden. Hierdurch kann das hülsenartige Wandungselement einfach in den Spalt zwischen Rotor und Stator eingeschoben werden.
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Die an mindestens einem Endabschnitt des hülsenartigen Wandungselements mit demselben in Wirkverbindung stehende Spanneinrichtung spannt und stützt den jeweiligen Endabschnitt des hülsenartigen Wandungselements radial innen, also an der dem Rotor zugewandten Seite des Wandungselements. Es besteht keine Gefahr, dass sich das Wandungselement infolge von Kräften, die das Kühlmedium, welches der Kühlung des Stators dient, auf das Wandungselement ausübt, verformt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist die jeweilige Spanneinrichtung einen Ring mit einer Breite und einem Außendurchmesser auf, wobei der Ring mit einem Schlitz in Axialrichtung und in Radialrichtung des Rings durchtrennt ist. Die jeweilige Spanneinrichtung weist ferner ein Spannmittel auf, welches den Außendurchmesser des geschlitzten Rings weitet und so eine Außenfläche des Rings gegen eine Innenfläche des jeweiligen Endabschnitts des hülsenartigen Wandungselements drückt. Über einen solchen geschlitzten Ring, der mithilfe des Spannmittels nach radial außen gegen die Innenfläche des jeweiligen Endabschnitts des hülsenartigen Wandungselements gedrückt wird, kann das hülsenartige Wandungselement im Bereich seines jeweiligen Endabschnitts besonders vorteilhaft gespannt, gestützt und stabilisiert werden, um eine unerwünschte Verformung desselben zu vermeiden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist in Anspruch 11 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 einen Ausschnitt aus einer elektrischen Maschine;
- 2a, 2b unterschiedliche Ansichten eines Rings einer ersten Spanneinrichtung;
- 2c, 2d unterschiedliche Ansichten eines als Klammer ausgebildeten Spannmittels der ersten Spanneinrichtung;
- 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Spanneinrichtung;
- 4 eine perspektivische Ansicht einer dritten Spanneinrichtung;
- 5 eine Seitenansicht einer vierten Spanneinrichtung.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer elektrischen Maschine 10 im Bereich eines Stators 11 sowie eines Rotors 12, wobei vom Stator 11 ein Statorblechpaket 13 und vom Rotor 12 ein Rotorblechpaket 14 und eine Rotorwelle 15 gezeigt sind. Das Rotorblechpaket 14 ist auf der Rotorwelle 15 positioniert und rotiert zusammen mit der Rotorwelle 15 gegenüber dem Stator 11, insbesondere dem Statorblechpaket 13. Zwischen dem Rotorblechpaket 14 und dem Statorblechpaket 13 ist dabei ein Spalt 16 ausgebildet. Der Stator 11 verfügt weiterhin über ein nicht gezeigtes Gehäuse sowie eine Spuleneinrichtung, wobei von der Spuleneinrichtung Wickelköpfe 17 gezeigt sind, die in Axialrichtung der Rotorwelle 15 gesehen seitlich neben dem Statorblechpaket 13 positioniert sind.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 verfügt über einen gekühlten Stator 11, der Kühlkanäle für ein Kühlmedium aufweist, wobei das Kühlmedium die Wickelköpfe 17 sowie vorzugsweise auch das Statorblechpaket 13 kühlt. Durch das Statorblechpaket 13 erstrecken sich dabei Kühlkanäle für das Kühlmedium. Weitere Kühlkanäle können sich durch andere statorseitige Baugruppen erstrecken.
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Um zu verhindern, dass Kühlmittel ausgehend vom Stator 11 in den Bereich des Rotors 12 gelangt, ist ein hülsenartiges Wandungselement 18 vorgesehen, welches sich durch den Spalt 16 zwischen dem Statorblechpaket 13 und dem Rotorblechpaket 14 hindurch erstreckt und mit Endabschnitten 18a, 18b in Axialrichtung der Rotorwelle 15 gesehen gegenüber dem Statorblechpaket 13 vorsteht und sich in Axialrichtung der Rotorwelle 15 gesehen bis in den Bereich der Wickelköpfe 17 hinein erstreckt. Dieses hülsenartige Wandungselement 18 kann auch als Spalthülse bezeichnet werden. Das Wandungselement 18 liegt vorzugsweise an einer Innenfläche des Stators 11 an. Das hülsenartige Wandungselement 18 dichtet den Stator 11 gegenüber dem Rotor 13 fluiddicht ab. Es kann kein Kühlmittel ausgehend vom Stator 11 über den Spalt 16 in Richtung auf den Rotor 12 gelangen.
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Das Wandungselement 18 ist als separate statorseitige Baugruppe ausgeführt, die vom Statorblechpaket 13 getrennt ist, also nicht mit dem Statorblechpaket 13 stoffschlüssig verbunden ist, sondern vielmehr als eigenständige Baugruppe unabhängig vom Statorblechpaket 13 bei der Montage der elektrischen Maschine 10 gehandhabt werden kann.
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Das Statorblechpaket 13 ist aus mehreren Einzelblechen gefertigt, die zum Beispiel durch Stanzpaketieren oder Laserschweißen im Bereich eines Statorrückens miteinander verbunden sind.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an mindestens einem Endabschnitt des hülsenartigen Wandungselements 18, im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 an dem Endabschnitt 18b des Wandungselements 18, der seitlich gegenüber dem Statorblechpaket 13 sowie Rotorblechpaket 14 vorsteht, eine Spanneinrichtung 19 angreift, die radial innen mit dem Endabschnitt 18b derart in Wirkverbindung steht, dass das hülsenartige Wandungselement 18 im Bereich des jeweiligen Endabschnitts 18b in Richtung nach radial außen gespannt und radial innen gestützt ist.
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Obwohl im Ausführungsbeispiel der 1 eine derartige Spanneinrichtung 19 lediglich an dem Endabschnitt 18b angreift bzw. mit demselben in Wirkverbindung steht, ist es möglich, auch am gegenüberliegenden Endabschnitt 18a des Wandungselements 18 eine derartige Spanneinrichtung 19 vorzusehen. In 1 weist das hülsenartige Wandungselement 18 an dem Endabschnitt 18a in Radialrichtung gesehen eine dickere Wandstärke auf, die größer ist als die Radialabmessung des Spalts 16.
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Über den Endabschnitt 18b, der mit der Spanneinrichtung 19 zusammenwirkt, kann das hülsenartige Wandungselement 18 einfach in den Spalt 16 zwischen dem Rotorblechpaket 14 und dem Statorblechpaket 13 in Axialrichtung eingeschoben werden.
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Nach dem Einschieben wird dann die Spanneinrichtung 19 in Wirkverbindung mit dem Endabschnitt 18b des hülsenartigen Wandungselements 18 gebracht.
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Wie bereits ausgeführt, kann an beiden gegenüberliegenden Endabschnitten 18a, 18b jeweils eine Spanneinrichtung 19 in Wirkverbindung mit dem jeweiligen Endabschnitt 18a, 18b des hülsenartigen Wandungselements 18 gebracht werden, um das hülsenartige Wandungselement 18 im Bereich beider Endabschnitte 18a, 18b zu spannen und radial innen zu stützen.
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Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung 19 ergibt sich aus den 2a, 2b, 2c und 2d.
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So zeigen 2a und 2b zwei unterschiedliche Ansichten eines Rings 20 der Spanneinrichtung 19, der in Axialrichtung über eine Breite b1 und in Radialrichtung ein Außendurchmesser dA verfügt. Der Ring 20 verfügt über einen Schlitz 21, der den Ring 20 sowohl in Axialrichtung, also über seine gesamte Breite b1, als auch in Radialrichtung durchtrennt. Dabei ist gemäß 2 im Ausführungsbeispiel der 2a bis 2d der Schlitz 21 gegenüber der Axialrichtung des Rings 20 schräg gestellt bzw. verläuft schräg gegenüber der Axialrichtung des Rings 20.
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Mit dem Ring 20 der Spanneinrichtung 19 wirkt ein Spannmittel zusammen, welches den Außendurchmesser dA des geschlitzten Rings 20 nach radial außen weitet und so eine Außenfläche 22 des Rings 20 gegen eine Innenfläche 23 des jeweiligen Endabschnitts 18b des hülsenartigen Wandungselements 18 drückt. So wird der Außendurchmesser dA des Rings 20 geweitet, um den Ring 20 innen gegen das Wandungselement 18 zu drücken und dasselbe so radial innen zu spannen und zu stützen.
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Im Ausführungsbeispiel der 2a bis 2d ist das Spannmittel, welches den geschlitzten Ring 20 spannt, als U-förmige Klammer 24 ausgebildet, deren Klammerschenkel 25 eine Klammerbreite b2 definieren.
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Die Klammerbreite b2 der Klammer 24 ist dabei kleiner als die axiale Breite b1 des Rings 20.
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Dann, wenn die Klammer 24 von radial innen am geschlitzten Ring 20 montiert ist, und zwar im Bereich des Schlitzes 21, so kommt ein erster Rand R1 des Rings 20 an einer Fläche F1 eines ersten Klammerschenkels 25 und ein gegenüberliegender Rand R2 des Rings 20 an einer Fläche F2 des gegenüberliegenden Klammerschenkels 25 der Klammer 24 zur Anlage, wodurch sich der Außendurchmesser dA des Rings 20 vergrößert, derselbe gegen die Innenfläche 23 des Endabschnitts 18b des hülsenartigen Wandungselements 18 drückt und so dasselbe von radial innen spannt und stabilisiert.
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3 zeigt eine alternative Ausführung des geschlitzten Rings 20 einer Spanneinrichtung 19, wobei in 3 der Schlitz 21 des Rings 20 in Axialrichtung des Rings 20 verläuft und demnach nicht gegenüber der Axialrichtung des Rings 20 schräg gestellt ist. Das Spannmittel, welches den Außendurchmesser dA des geschlitzten Rings 20 erweitert, ist im Ausführungsbeispiel der 3 als Keil 26 ausgeführt, dessen Breite größer ist als die Breite des Schlitzes 21.
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Wird der Keil 26 in den Schlitz 21 eingeschoben, so wird der Außendurchmesser des Rings 20 vergrößert, indem der geschlitzte Ring 21 gespreizt wird.
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4 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der 3, in welcher sowohl der Schlitz 21 als auch der Keil 26 im Querschnitt trapezförmig konturiert sind, und zwar derart, dass die Breite des Schlitzes 21 sowie des Keils 26 sich in Radialrichtung des Rings 20 gesehen von radial außen nach radial innen verjüngt. Hierdurch kann das als Keil 26 ausgebildete Spannmittel leichter unter Spreizung des Rings 20 in den Schlitz 21 eingeführt werden.
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Es ist möglich, dass auch lediglich der Keil 26 oder der Schlitz 21 derart im Querschnitt trapezförmig unter Verjüngung der Breite von radial außen nach radial innen konturiert ist.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer jeweiligen Spanneinrichtung 19 mit einem geschlitzten Ring 20, wobei das Spannmittel mindestens zwei Spannschrauben 27 aufweist, die an einem gemeinsamen Träger 28 aufgenommen und abgestützt sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 5 umfasst die Spanneinrichtung 19 vier Spannschrauben 27, wobei benachbarte Spannschrauben 27 jeweils um 90° zueinander versetzt sind. Durch Verdrehen der Spannschrauben 27 können dieselben translatorisch verlagert werden, und zwar in Radialrichtung des Rings 20, um den über den Schlitz 21 geschlitzten Ring 20 zu weiten und so den Außendurchmesser dA desselben zu vergrößern und so letztendlich die Außenfläche 22 des Rings 20 gegen die Innenfläche 23 des jeweiligen Endabschnitts 18b des hülsenartigen Wandungselements 18 zu drücken. Der Träger 28 weist eine Ausnehmung 29 auf, durch welche sich die Rotorwelle 15 hindurch erstreckt.
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In 5 ist der Schlitz 21 gegenüber der Radialrichtung des Rings 20 schräg gestellt. In 2a, 2b, 3 und 4 verläuft der Schlitz hingegen in Radialrichtung. Auch in 5 kann der Schlitz in Radialrichtung verlaufen. Ebenso kann in 2a, 2b, 3 und 4 der Schlitz 21 gegenüber der Radialrichtung des Rings 20 schräg gestellt sein.
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Der Ring 20 ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden und magnetisch nicht-leitenden Werkstoff gefertigt, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff, wie einem CFK-Werkstoff. Auch das hülsenartige Wandungselement 18 ist vorzugsweise aus einem derartigen Werkstoff gefertigt, insbesondere aus einem CFK-Werkstoff.
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Der Ring 20 der jeweiligen Spanneinrichtung 19 und das hülsenartige Wandungselement 18 verfügen über ähnliche, vorzugsweise identische, Wärmeausdehnungskoeffizienten.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung kann eine elektrische Maschine 10 bereitgestellt werden, deren Spulen sowie Wicklungsköpfe 17 von einem Kühlmedium direkt gekühlt sind.
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Das Statorblechpaket 13 ist vorzugsweise aus Einzelblechen gefertigt, die im Bereich eines Statorrückens durch sogenanntes Stanzpaketieren oder Laserschweißen miteinander verbunden sind. Es ist nicht erforderlich, die Einzelbleche des Statorblechpakets 13 unter Verwendung eines Backlacks miteinander zu verbinden.
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Das hülsenartige Wandungselement 18, welches auch als Spalthülse bezeichnet werden kann, ist als separate Baugruppe ausgeführt und unabhängig vom Statorblechpaket 13 handhabbar. Dasselbe ist demnach nicht mit dem Statorblechpaket 13 stoffschlüssig verbunden.
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An mindestens einem Endabschnitt 18a, 18b des hülsenartigen Wandungselements 18, mit welchem dasselbe gegenüber dem Statorblechpaket 13 vorsteht, steht eine Spanneinrichtung 19 in Wirkverbindung, um den jeweiligen Endabschnitt 18a, 18b des Wandungselements 18 radial innen zu spannen, zu stützen und so zu stabilisieren.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine 10. Die elektrische Maschine 10 stellt ein Antriebsaggregat eines Hybridfahrzeugs oder Elektrofahrzeugs bereit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016101705 A1 [0003]
- DE 102017102141 A1 [0004]
- US 2013/0136630 A1 [0005]
- DE 2258128 A1 [0006]
