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Die Erfindung betrifft einen Deckschieber für einen Schenkelpolrotor einer elektrischen Maschine, wobei der Deckschieber zum Verschließen einer Nut, welche zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Rotorpolen des Schenkelpolrotors und zwei sich axial gegenüberliegenden Stützringen des Schenkelpolrotors gebildet ist, ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Schenkelpolrotor sowie eine elektrische Maschine.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Maschinen, welche beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden können. Solche elektrischen Maschinen weisen üblicherweise einen ortsfesten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor auf. Im Falle einer fremderregten Maschine weist auch der Rotor bestrombare Rotorwicklungen auf. Diese können bei einem Rotor in Schenkelpolbauweise um Schenkelpole bzw. Rotorpole eines Rotorkerns des Rotors gewickelt sein. Zwischen den Rotorpolen sind Nuten bzw. Pollücken ausgebildet. Die Wicklungen bilden an axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns Wickelköpfe aus, welche aus Stabilitätsgründen von jeweils einer Endkappe bzw. einem Stützring ummantelt sind. Außerdem weist der Rotor eine Vergussmasse auf, welche beispielsweise zum Stabilisieren des Schenkelpolrotors in die Pollücken eingefüllt ist. Zum radialen und axialen Abdichten des Rotors gegen den Austritt der Vergussmasse wird der Rotor mittels Deckschieber gesichert, welche die Nuten verschließen. Für die axiale Abdichtung werden die Deckschieber üblicherweise axial gegen eine Dichtung der Stützringe geschoben, welche somit verpresst wird und die Dichtwirkung herstellt.
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Problematisch hierbei ist, dass an Ecken des Rotorkerns, dem Deckschieber und dem Stützring viele Bauteiltoleranzen aufgenommen werden müssen und über das Dichtkonzept eines Deckschiebers die Toleranzen von den beiden Enden des Rotors miteinander gekoppelt werden. Dies stellt sehr hohe Anforderungen an eine Toleranzgüte eines jeden einzelnen Bauteils und kann im ungünstigsten Fall zwischen einer fehlenden Montierbarkeit einer fehlenden Dichtwirkung schwanken. Daraus resultieren hohe Kosten aufgrund der Toleranzanforderungen und der Ausschussbauteile.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schenkelpolrotor für eine elektrische Maschine bereitzustellen, welcher auf einfache Weise abgedichtet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Deckschieber, einen Schenkelpolrotor sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Deckschieber für einen Schenkelpolrotor einer elektrischen Maschine ist zum Verschließen einer Nut, welche zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Rotorpolen des Schenkelpolrotors und zwei sich axial gegenüberliegenden Stützringen des Schenkelpolrotors gebildet ist, ausgebildet. Der Deckschieber ist mehrteilig ausgebildet und weist einen Nutverschlusskeil sowie zumindest eine in dem Nutverschlusskeil geführte Konsole auf. Der Nutverschlusskeil ist mit den zwei benachbarten Rotorpolen mechanisch verbindbar. Die zumindest eine Konsole weist eine Dichtfläche des Deckschiebers zum Anpressen an zumindest einen der Stützringe auf und ist zum Verändern einer axialen Position der Dichtfläche axial zu dem Nutverschlusskeils verschiebbar.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Schenkelpolrotor für eine elektrische Maschine mit Rotorwicklungen zum Ausbilden eines Rotormagnetfelds sowie einem Rotorkern. Der Rotorkern kann beispielsweise als ein Blechpaket aus axial gestapelten Elektroblechlamellen gebildet sein. Der Rotorkern weist ein, insbesondere ringförmiges, Rotorjoch und eine zu einer Anzahl an Rotorwicklungen korrespondierende Anzahl an Rotorpolen zum Halten der Rotorwicklungen auf. Die Rotorwicklungen bilden an axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Rotorkerns Wickelköpfe aus. Der Schenkelpolrotor weist außerdem an den Stirnseiten angeordnete Stützringe zum Ummanteln der Wickelköpfe und zumindest einen erfindungsgemäßen Deckschieber zum Verschließen zumindest einer zwischen zwei Rotorpolen ausgebildeten Nut auf. Die axial entlang des Nutverschlusskeils verschiebbare Konsole ist derart positioniert, dass sie zum Abdichten an zumindest einen der Stützringe angepresst ist.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug weist einen Stator und einen erfindungsgemäßen Schenkelpolrotor auf, welcher drehbar gegenüber dem Stator gelagert ist. Die elektrische Maschine ist insbesondere eine fremderregte bzw. stromerregte Innenläufer-Synchronmaschine (SSM). Der Rotor ist in Schenkelpolbauweise gefertigt. Dazu sind an dem ringförmigen Rotorjoch die Rotorpole bzw. Schenkelpole angeordnet, welche jeweils einen an dem Rotorjoch angeordneten Rotorzahn bzw. Rotorschaft sowie einen an dem Rotorzahn angeordneten Polschuh aufweisen. Die Polschuhe bilden eine Außenseite des Rotorkerns aus. Wicklungsdrähte der Rotorwicklungen sind um die Rotorzähne gewickelt und werden von den Polschuhen auf den Rotorzähnen gehalten. Zwischen den Rotorpolen sind die Pollücken bzw. Nuten ausgebildet, über welche die Wicklungsdrähte um die Rotorzähne gewickelt werden können. Die Wickelköpfe, welche die Rotorwicklungen an den axial gegenüberliegenden Stirnseiten ausbilden, sind von jeweils einem Stützring bzw. einer Endkappe umgeben, welche zum Stabilisieren des Schenkelpolrotors ausgebildet ist. Die Stützringe weisen insbesondere eine Dichtung auf, welche beispielsweise als ein O-Ring ausgebildet sein kann.
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Zum Verschließen der Nuten ist jeweils ein Deckschieber in einer Nut angeordnet. Zumindest teilweise sind die Deckschieber dabei mehrteilig ausgebildet und weisen den Nutverschlusskeil sowie die zumindest eine verschieblich in dem Nutverschlusskeil eingespannte Konsole auf. Insbesondere weist der Deckschieber zwei verschieblich eingespannte Konsolen auf, welche zum Anpressen an die sich axial gegenüberliegenden Stützringe ausgebildet sind. Die Nutverschlusskeile dichten dabei die jeweilige Nut radial ab. Zum axialen Abdichten der Nut ist die zumindest eine Konsole vorgesehen, welche mechanisch mit dem Nutverschlusskeil verbunden, jedoch verschieblich an dem Nutverschlusskeil gelagert ist. Vorzugsweise weist der Nutverschlusskeil ein sich entlang der Umfangsrichtung erstreckendes Querteil und ein sich in radialer Richtung erstreckendes Längsteil auf, wobei die zumindest eine Konsole verschieblich in dem Querteil eingespannt ist. Der Nutverschlusskeil ist somit zumindest bereichsweise im Wesentlichen T-profilförmig oder Y-profilförmig ausgebildet. Die Konsole weist die Dichtfläche auf, welche entlang der axialen Richtung zum Ausgleichen von Bauteiltoleranzen verschoben und derart positioniert werden kann, dass sie axial gegen die Dichtung des Stützrings angepresst ist. Der Deckschieber kann beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, ausgebildet sein.
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Zum Herstellen des Schenkelpolrotors werden dabei zunächst die Wicklungen an dem Rotorkern angeordnet. Dann werden die Nuten zwischen den Rotorpolen verschlossen, indem die Nutverschlusskeile in den Nuten angeordnet werden. Insbesondere werden dazu die Nutverschlusskeile axial in die Nuten eingeschoben und dabei von den Polschuhen der benachbarten Schenkelpole gehalten. Dazu kann das Querteil Einkerbungen aufweisen, welche beim Einschieben des Deckschiebers in die Nut eine formschlüssige Verbindung mit den Polschuhen der Rotorpole ausbilden. Das Längsteil ist dabei innerhalb der Nut angeordnet und erstreckt sich entlang der radialen Richtung. Nach Anordnen der Nutverschlusskeile in der Nut werden die Stützringe auf die Stirnseiten des Rotorkerns aufgesetzt. Dann werden die Konsolen der Deckschieber axial entlang eines Verschiebeweges gegen die Stützringe geschoben, dass sie an die Stützringe, insbesondere an die Dichtungen der Stützringe, angepresst sind.
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Mittels der Konsolen kann also das Toleranzfeld zwischen dem Rotorkern, den Deckschiebern und den Stützringen über den Verschiebeweg der Konsolen ausgeglichen werden. Über ein Verpressen der Konsolen gegen die Dichtung der Stützringe kann die gewünschte Dichtwirkung erzielt werden. Dadurch wird eine kostengünstigere Gestaltung des Schenkelpolrotors ermöglicht.
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Besonders bevorzugt weisen die zumindest eine Konsole und der Nutverschlusskeil zum axialen Verschieben der zumindest einen Konsole bezüglich des Nutverschlusskeils zueinander korrespondierende Führungselemente auf, welche eine Gleitführung, insbesondere in Form von einer Schwalbenschwanzführung, ausbilden. Insbesondere weist die Konsole einen Dichtkörper und einen, ein erstes der Führungselemente ausbildenden Zapfen auf. Der Nutverschlusskeil weist zumindest einen Führungskanal und eine, ein zweites des Führungselemente ausbildende Führungsnut auf, wobei zum Ausbilden der Gleitführung der Dichtkörper in dem Führungskanal und der Zapfen in der Nut angeordnet sind. Der Führungskanal ist beispielsweise durch zwei sich tangential gegenüberliegende und sich axial erstreckenden Stufen in dem Querteil des Nutverschlusskeils gebildet. Zwischen den Stufen kann die Führungsnut ausgebildet sein, in welcher der Zapfen der Konsole angeordnet und linear geführt ist. Der Zapfen ist insbesondere einteilig mit dem Dichtkörper, welcher beispielsweise quaderförmig ausgebildet sein kann und die Dichtfläche zum Anpressen an den Stützring aufweist, ausgebildet.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Gleitführung zum Halten der zumindest einen Konsole in einer Endposition, in welcher die Konsole an den Stützring angepresst ist, eine Übermaßpassung aufweist. Insbesondere ist zum Bereitstellen der Übermaßpassung eine Breite des Dichtkörpers größer als eine Breite des Führungskanals und/oder eine Breite des Zapfens größer als eine Breite der Führungsnut. Die Konsole kann also verschoben werden, indem eine vorbestimmte, axial in Richtung des jeweiligen Stützringes gerichtete Mindestkraft auf die Konsole aufgebracht wird. Bei Wegnahme der Kraft, beispielsweise an der gewünschten Endposition der Konsole, verbleibt diese an der aktuellen Position. So können auf einfache Weise ein Positionieren und Verbleiben der Konsole in der gewünschten Endposition bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Übermaßpassung bzw. Presspassung können die zumindest eine Konsole und der Nutverschlusskeil zum Halten der zumindest einen Konsole in der Endposition eine Schnappverbindung ausbilden.
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Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Deckschieber vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Schenkelpolrotor sowie für die erfindungsgemäße elektrische Maschine.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes von Rotorkomponenten eines Schenkelpolrotors;
- 2 eine schematische Perspektivdarstellung einer Ausführungsform eines Deckschiebers für den Schenkelpolrotor;
- 3 eine schematische Querschnittsdarstellung des Deckschiebers;
- 4 eine weitere schematische Perspektivdarstellung des Deckschiebers;
- 5 eine schematische Perspektivdarstellung des Schenkelpolrotors mit der Konsole des Deckschiebers in einer Anfangsposition; und
- 6 eine schematische Perspektivdarstellung des Schenkelpolrotors mit der Konsole des Deckschiebers in einer Endposition.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt Rotorkomponenten eines Ausschnitts eines Schenkelpolrotors 1 für eine hier nicht gezeigte stromerregte Innenläufer-Synchronmaschine. Der Schenkelpolrotor 1 weist einen Rotorkern 2 auf, welcher ein Rotorjoch und Rotorpole 3 mit Polschuhen 4 aufweist. Die Rotorpole 3 halten Rotorwicklungen 5, welche zur Erzeugung eines Rotormagnetfelds ausgelegt sind. Zwischen jeweils zwei Rotorpolen 3 ist eine Nut 6 ausgebildet. An axialen Enden bzw. Stirnseiten des Rotorkerns 2 sind Stützringe 7 bzw. Endkappen angeordnet, welche Wickelköpfe der Rotorwicklungen 5, die an den Stirnseiten des Rotorkerns 2 überstehen, umgeben. Die Stützringe 7 weisen hier eine Öffnung 8 auf, über welche eine Vergussmasse zur Stabilisierung des Rotors 1 in die Nuten 6 eingefüllt werden kann.
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Zum axialen und radialen Verschließen und Abdichten der Nut 6 weist der Schenkelpolrotor 1 einen Deckschieber 9 auf, von welchem eine Ausführungsform in einer Perspektivdarstellung in 2 gezeigt ist. Der Deckschieber 9 ist mehrteilig ausgebildet und weist einen Nutverschlusskeil 10 und zwei in dem Nutverschlusskeil 10 axial verschiebliche eingespannte Konsolen 11 auf. Die Nutverschlusskeile 10 weisen, wie in 2 und anhand der Querschnittsdarstellung des Deckschiebers 9 in 3 gezeigt ist, einen im Wesentlichen T-profilförmigen bzw. Y-profilförmigen Bereich 12 auf. Zur Montage des Schenkelpolrotors 1 können, bevor die Stützringe 7 an den Stirnseiten des Rotorkerns 2 angeordnet werden, die Nutverschlusskeile 10 zur radialen Abdichtung in die Nuten 6 eingeschoben werden. Die Konsolen 11 befinden sich dabei, wie in 4 und 5 gezeigt, in einer Anfangsposition. Beim Einschieben in die Nuten 6 können die Nutverschlusskeile 10 mechanisch, beispielsweise formschlüssig, mit den Polschuhen 4 der benachbarten Rotorpole 3 verbunden werden. Dazu weist ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Quersteg 13 des T-förmigen Bereiches 12 des Nutverschlusskeils 10 seitliche, sich in axialer Richtung erstreckende Einkerbungen 14 auf, welche mit nasenartigen Vorsprüngen der Polschuhe 4 zusammengeschoben werden können.
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Ein Längssteg 15 des Nutverschlusskeils 10 ist im angeordneten Zustand des Deckschiebers 9 an dem Rotorkern 2 in der Nut 6 angeordnet und ist dabei in radialer Richtung orientiert. Der Nutverschlusskeil 10 weist hier außerdem Hinterschnitte 16 auf, welche zum Fixieren des Nutverschlusskeils 10 in der Nut 6 mit der Vergussmasse angefüllt werden. Nach Einschieben des Nutverschlusskeils 10 in die Nut 6 werden die Stützringe 7 an dem Rotorkern 2 angeordnet. An den T-profilförmigen Bereich 12 angrenzenden angrenzende Endbereiche 17 des Nutverschlusskeils 10 stehen dabei an den Stirnseiten des Rotorkerns 2 über und sind in den Stützringen 7 angeordnet.
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Zum axialen Abdichten werden dann die kraftverschieblich gelagerten Konsolen 11 mit einer Kraft F in Richtung des jeweiligen Stützringes 7 geschoben (siehe 5), bis diese eine Endposition (siehe 6) erreicht haben und an die Stützringe 7, insbesondere an eine Dichtung 18 des jeweiligen Stützringes 7, angepresst sind. Das Anpressen der Konsolen 11 an die Stützringe 7 kann beispielsweise mittels eines kraftgesteuerten Stempels durchgeführt werden.
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Diese Konsolen 11 können in unterschiedlichster Form ausgestaltet werden. Zum verschieblichen Lagern der Konsolen 11 an dem Nutverschlusskeil 10 bildet der Quersteg 13 ein Gestell aus, welches mit der als Schlitten fungierenden Konsole 11 eine Gleitführung ausbildet. Dazu weist der Quersteg 13 für jede Konsole 11 einen Führungskanal 19 auf, in welchem ein quaderförmiger Dichtkörper 20 der Konsole 11 axial verschieblich gelagert ist. Der Dichtkörper 20 weist eine Dichtfläche 20a auf. Der Führungskanal 19 weist zwei sich axial erstreckende, in Umfangsrichtung gegenüberliegende Stufen 21 auf, auf welchen Randbereiche des Dichtkörpers 20 aufliegen. In dem Führungskanal 19 ist eine Führungsnut 22 ausgebildet, in welcher ein an dem Dichtkörper 20 angeordneter Zapfen 23 bzw. Keil verschieblich gelagert ist. Die Führungsnut 22 und der Zapfen 23 bilden beispielsweise eine Schwalbenschwanzführung aus, durch welche die Konsole 11 nur entlang der axialen Richtung, nicht aber entlang der Umfangsrichtung oder der radialen Richtung, beweglich ist. Die Gleitführung weist insbesondere eine Übermaßpassung bzw. Presspassung auf, bei welcher Breite des Dichtkörpers 20 und/oder des Zapfens 23 in Umfangsrichtung größer als eine Breite des Führungskanals 19 und/oder der Führungsnut 22 ist. So kann gewährleistet werden, dass die Konsole 11 in einer Endposition, in welcher die Dichtfläche 20a des Dichtkörpers 20 an den Stützring 7 angepresst ist, verbleibt.
