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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator und einen Rotor, welche in einem Motorgehäuse aufgenommen sind, wobei das Motorgehäuse wenigstens einen A-Lagerschild und wenigstens einen B-Lagerschild zur Lagerung des Rotors gegenüber dem Motorgehäuse aufweist,
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Eine gattungsbildende elektrische Maschine, die einen Stator und einen innenlaufenden Rotor aufweist, wird in der
WO 02/103883 A1 offenbart. Zur Ausbildung der Transportsicherung umfasst der Stator der elektrischen Maschine einen sich radial erstreckenden Abschnitt eines Statorträgers mit axialen Durchgangsöffnungen. Der Rotor weist einen Rotorträger mit zu den Durchgangsöffnungen im Stator fluchtenden Axialbohrungen auf, in welche Gewindehülsen eingesetzt sind. Auf diese Weise können Rotor und Stator mittels einer Verschraubung zueinander lagegesichert werden, was insbesondere für den Transport und die Montage der elektrischen Maschine von Bedeutung ist, um eine Beschädigung des Rotors und/oder des Stators zu vermeiden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine hinsichtlich ihrer Transportsicherung und Montagefreundlichkeit verbesserte elektrische Maschine bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend einen Stator und einen Rotor, welche in einem Motorgehäuse aufgenommen sind, wobei das Motorgehäuse wenigstens einen A-Lagerschild und wenigstens einen B-Lagerschild zur Lagerung des Rotors gegenüber dem Motorgehäuse aufweist, wobei das A-Lagerschild und/oder das B-Lagerschild mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet ist/sind, mit jeweils einem ringförmigen Innenschild und einem ringförmigen Außenschild, wobei der Innenschild radial innerhalb des Außenschilds derart angeordnet ist, dass ein Ringraum zwischen dem Innenschild und dem Außenschild ausgebildet ist, und ein Verbindungsschild zumindest abschnittsweise in dem Ringraum angeordnet ist, so dass das Innenschild und das Außenschild in radialer Richtung durch das Verbindungsschild festgelegt sind.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass sich das jeweilige Innenschild und Außenschild über ein separates Verbindungsschild gegeneinander abzustützen, um beispielsweise während des Transports einer elektrischen Maschine auftretenden Beschleunigungskräften oder Magnetkräften abzufangen bzw. zu kompensieren und die sichere Einhaltung des Luftspalts zwischen dem Rotor und dem Stator der elektrischen Maschine zu gewährleisten.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
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Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
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Die elektrische Maschine ist bevorzugt als Radialflussmaschine ausgestaltet. Der Stator einer Radialflussmaschine ist bevorzugt zylindrisch aufgebaut und besteht insbesondere aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind bevorzugt in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
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Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt.
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Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.
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Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
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Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Grauguss oder Stahlguss geformt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, das Motorgehäuse ganz oder teilweise aus einem Kunststoff auszubilden.
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Lagerschilde sind die hinteren und vorderen Deckel des Motorgehäuses, die das Innere der elektrischen Maschine beispielsweise gegen Berührung schützen und die Lager der Wellenenden des Rotors aufnehmen. Sie sind üblicherweise sehr genau in das Motorgehäuse eingepasst, um einen möglichst gleichmäßigen Luftspalt zwischen Stator und Rotor zu gewährleisten. Der A-Lagerschild bezeichnet die Abtriebsseite und trägt in der Regel ein Festlager, der B-Lagerschild ist die Lüfterseite und die Lagerung kann üblicherweise über einen Schiebesitz erfolgen, um Wärmedehnungen des Rotors ausgleichen zu können.
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Das A-Lagerschild und/oder das B-Lagerschild können einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet sein. Bei einer zweiteiligen Ausbildung eines Lagerschilds kann insbesondere ein Innenschild radial innerhalb eines Außenschilds angeordnet sein.
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Besonders bevorzugt ist es, dass ein Lagerschild aus einem metallischen Material geformt ist. Es kann jedoch grundsätzlich auch möglich sein, dass ein Lagerschild aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, gebildet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Innenschild, das Außenschild sowie das Verbindungsschild so ausgeformt sind, dass das Außenschild gegenüber dem Innenschild formschlüssig in zumindest einer axialen Richtung, bevorzugt in beiden axialen Richtungen festgelegt ist.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Innenschild und/oder das Außenschild wenigstens ein erstes Formschlussmittel aufweist, das mit wenigstens einem korrespondierenden zweiten Formschlussmittel des Verbindungsschilds derart zusammenwirkt, dass das Innenschild und das Verbindungsschild in Umfangsrichtung zueinander festgelegt sind oder das Außenschild und das Verbindungsschild in Umfangsrichtung zueinander festgelegt sind.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Verbindungsschild einen ringförmigen Grundkörper aufweist, von dem aus sich in axialer Richtung ins Innere der elektrischen Maschine hinein eine Mehrzahl von über den Umfang des Grundkörpers verteilte Zentrierlaschen erstrecken, die an dem Innenschild oder Außenschild anliegen.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass sich von dem ringförmigen Grundkörper aus in axialer Richtung in das Innere der elektrischen Maschine hinein eine Mehrzahl von über den Umfang des Grundkörpers verteilte in radialer Richtung federelastisch verschwenkbare Sicherungslaschen angeordnet sind, welche einen Sicherungsabschnitt des Innenschilds oder Außenschilds hintergreifen.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass an dem ringförmigen Grundkörper ein Kabelkanal, insbesondere zur Aufnahme von elektrischen Leitungen eines Temperatur- und/oder Rotorlagesensors, ausgebildet ist, der sich in radialer oder axialer Richtung aus dem Grundkörper heraus nach Außen erstreckt.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass an dem distalen Ende des Kabelkanals eine Steckeraufnahme zur insbesondere lösbaren Fixierung wenigstens eines Steckers beinhaltet ist, welcher insbesondere mit einer elektrischen Leitung eines Temperatur- und/oder Rotorlagesensors verbunden ist. Die Steckeraufnahme und die Ausformung des Kabelkanals kann bevorzugt eine exakte Positionierung eines oder mehrerer Stecker für eine Schnittstelle, beispielsweise eine Steuereinrichtung, definieren, so dass beispielsweise auch eine Blindmontage eines derartig fixierten Steckers erfolgen kann.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass im Bereich der Zentrierlaschen Verstärkungsrippen ausgebildet sind, welche sich in axialer und/oder radialer Richtung aus dem Grundkörper heraus erstrecken, wodurch der Grundkörper strukturell verstärkt werden kann.
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Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsschild aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff geformt ist. Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Verbindungsschild einstückig ausgebildet ist. Bevorzugt wird das Verbindungsschild durch ein Spritzgussverfahren hergestellt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine elektrische Maschine in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 eine elektrische Maschine in einer Axialschnittansicht mit eingesetztem Verbindungsschild (unten) und ohne eingesetztem Verbindungsschild (oben),
- 3 einen Verbindungsschild in einer perspektivischen Darstellung,
- 4 eine perspektivische Teilschnitt-Detailansicht eines Verbindungsschildes,
- 5 eine perspektivische Teilschnitt-Detailansicht eines Verbindungsschildes,
- 6 eine perspektivische Teilschnitt-Detailansicht eines Verbindungsschildes, und
- 7 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in einer Blockschaltdarstellung.
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Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 1, insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wie es beispielsweise in der 7 gezeigt ist.
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Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2 und einen Rotor 3, welche in einem Motorgehäuse 4 aufgenommen sind. Wie in der 2 gezeigt ist, weist das Motorgehäuse 4 wenigstens einen A-Lagerschild 5 und wenigstens einen B-Lagerschild 6 zur Lagerung des Rotors 3 gegenüber dem Motorgehäuse 4 auf Das A-Lagerschild 5 ist in der gezeigten Ausführungsform einstückig und das B-Lagerschild 6 zweiteilig ausgebildet. Das zweiteilige, aus einem metallischen Material gebildete B-Lagerschild 6 besitzt einen ringförmigen Innenschild 7 und einen ringförmigen Außenschild 8, wobei der Innenschild 7 radial innerhalb des Außenschilds 8 derart angeordnet ist, dass ein Ringraum 9 zwischen dem Innenschild 7 und dem Außenschild 8 ausgebildet ist.
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Ein aus einem Kunststoff geformter Verbindungsschild 10 ist in dem Ringraum 9 angeordnet, so dass das Innenschild 7 und das Außenschild 8 in radialer Richtung durch das Verbindungsschild 10 festgelegt sind. Das Verbindungsschild 10 liegt mit seinem radial inneren Umfang mittels von Zentrierlaschen 14 an dem Innenschild 7 an, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Das Außenschild 8 weist ferner erste, als Bohrung ausgebildete Formschlussmittel 11 auf, die mit zweiten, als korrespondierende axial verlaufende Stiften ausgebildeten Formschlussmitteln 12 des Verbindungsschilds 10 derart zusammenwirken, dass das Außenschild 8 und das Verbindungsschild 10 in Umfangsrichtung zueinander festgelegt sind. Hierzu greifen die Stifte in die Bohrungen des Außenschilds 8 ein. Hierdurch ist auch die Festlegung des Verbindungsschilds 10 gegenüber dem Außenschild 8 in radialer Richtung bewirkt. Man erkennt anhand von 2 auch gut, dass das Verbindungsschild 10 aus Axialrichtung in dem Ringraum 9 zwischen Innenschild 7 und Außenschild 8 einsetzbar ist.
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Wie in der 3 dargestellt, weist das Verbindungsschild 10 einen ringförmigen Grundkörper 13 auf, von dem aus sich in axialer Richtung ins Innere der elektrischen Maschine 1 hinein eine Mehrzahl von über den Umfang des Grundkörpers 13 verteilte Zentrierlaschen 14 erstrecken, die in der gezeigten Ausführung an dem Innenschild 7 anliegen. In der gezeigten Ausführungsform sind insgesamt drei Gruppen von Zentrierlaschen 14 über den Umfang des Grundkörpers 13 verteilt angeordnet. Jede Gruppe von Zentrierlaschen 14 weist drei Zentrierlaschen 14 auf. In Umfangsrichtung beidseits einer Gruppe von Zentrierlaschen 14 sind Sicherungslaschen 15 angeordnet, deren Funktion nun nachstehend weiter erläutert wird.
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Auch ist in der 3 gezeigt, dass im Bereich der Zentrierlaschen 14 Verstärkungsrippen 21 ausgebildet sind, welche sich in axialer und/oder radialer Richtung aus dem Grundkörper 13 heraus erstrecken. In der gezeigten Ausführungsform der 3 ist jeder der Zentrierlaschen 14 eine Verstärkungsrippe 21 zugeordnet. Die Verstärkungsrippen 21 verlaufen in jeweils einer Radialebene.
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Die 3 zeigt des Weiteren, dass sich von dem ringförmigen Grundkörper 13 aus in axialer Richtung in Innere der elektrischen Maschine 1 hinein eine Mehrzahl von über den Umfang des Grundkörpers 13 verteilte in radialer Richtung federelastisch verschwenkbare Sicherungslaschen 15 angeordnet sind, welche einen Sicherungsabschnitt 16 des Innenschilds 7 hintergreifen, was besonders gut anhand der 4 erkennbar ist.
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Der Sicherungsabschnitt 16 ist als eine umlaufende, ringförmige, sich in Radialrichtung in das Innenschild 7 hineinerstreckende Nut in dem Innenschild 7 ausgebildet. Die Sicherungslaschen 17 weisen einen hierzu korrespondierenden radial nach Innen weisenden Abschnitt auf, der in die Nut eingreifen kann und so das Verbindungsschild 10 gegenüber dem Innenschild 7 in beide Axialrichtungen festlegt.
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Anhand von 4 - insbesondere der Detaildarstellung des Verbindungsschildes 10 in einer Querschnittsansicht - ist zu erkennen, dass der Grundkörper 13 sich in einem Winkel zu einer gedachten Radialebene erstreckt, so dass der Grundkörper 13 eine tellerfederartige Raumform einnimmt.
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Wie aus der 5 zu erkennen ist, liegen die Zentrierlaschen 14 auf der äußeren Mantelfläche des ringförmigen Innenschilds 7 auf. Sie weisen eine in axialer Richtung kleinere Erstreckung auf als die Sicherungslaschen 17.
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Aus der Zusammenschau von 2 und 4 ist ersichtlich, dass das Innenschild 7, das Außenschild 8 sowie das Verbindungsschild 10 so ausgeformt sind, dass das Außenschild 8 gegenüber dem Innenschild 7 formschlüssig in beiden axialen Richtungen festgelegt ist. Die beidseitige axiale Sicherung erfolgt - wie oben beschrieben - zwischen dem Innenschild 7 und dem Zwischenschild 10 mittels eines Formschlusses von Sicherungslaschen 15 mit dem Sicherungsabschnitt 16 und zwischen dem Außenschild 8 und dem Zwischenschild 10 mittels der Formschlussmittel 11,12, wobei hierbei die beidseitige axiale Sicherung auch kraftschlüssig erfolgen kann, beispielsweise durch Eindrehen einer Sicherungsschraube in das Formschlussmittel 12 des Zwischenschildes 10, wie es beispielsweise in der 6 gezeigt ist.
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In der 3 ist ferner gezeigt, dass an dem ringförmigen Grundkörper 13 ein Kabelkanal 17 zur Aufnahme von elektrischen Leitungen 18 eines Temperatur- und/oder Rotorlagesensors ausgebildet ist. Der Kabelkanal 17 erstreckt sich in radialer Richtung aus dem Grundkörper 13 heraus nach außen. An dem distalen Ende des Kabelkanals 17 ist eine Steckeraufnahme 19 zur lösbaren Fixierung wenigstens eines Steckers 20, welcher insbesondere mit einer elektrischen Leitung 18 eines Temperatur- und/oder Rotorlagesensors verbunden ist, vorgesehen. Der Kabelkanal 17 verfügt an seiner aus Axialrichtung zugänglichen Seite über Öffnungen, durch die die elektrischen Leitungen 18 in den Kabelkanal 17 eingelegt werden können.
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Das Verbindungsschild 10 ist einstückig aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff geformt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschine
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Motorgehäuse
- 5
- A-Lagerschild
- 6
- B-Lagerschild
- 7
- Innenschild
- 8
- Außenschild
- 9
- Ringraum
- 10
- Verbindungsschild
- 11
- Formschlussmittel
- 12
- Formschlussmittel
- 13
- Grundkörper
- 14
- Zentrierlaschen
- 15
- Sicherungslaschen
- 16
- Sicherungsabschnitt
- 17
- Kabelkanal
- 18
- Leitungen
- 19
- Steckeraufnahme
- 20
- Steckers
- 21
- Verstärkungsrippen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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