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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor sowie ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine.
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In der Fahrzeugtechnik eingesetzte Rotoren für elektrische Maschinen müssen hohen Drehmomentanforderungen gerecht werden. Um nach der Fertigung und auch während des Betriebs der elektrischen Maschine eine dauerhaft hohe Maßhaltigkeit des Rotors sicherzustellen, sollen beispielsweise etwaige relative Verdrehungen zwischen Blechpaket und Rotorwelle sowie eine etwaige unerwünschte Bewegung des Rotorblechpaketes relativ zur und entlang der Rotorwelle, beispielsweise ein unerwünschtes Axialspiel, vermieden werden.
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Ein Elektromotor, mit einstellbarem Axialspiel zwischen dem Rotor und dem Stator ist beispielsweise der
EP 0 622 886 A1 als bekannt zu entnehmen, bei welchem auf der Rotorwelle eine Distanzhülse axial verschieblich angeordnet ist, die Distanzhülse in ihrer Einstell-Endstellung relativ zu einer stirnseitig am Rotorblechpaket anliegenden Isolierendscheibe fixierbar ist und die Distanzhülse zur Einstellung in ihre Einstell-Endstellung relativ zu einem axialen Kragen der Isolierendscheibe schraubenartig geführt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor bereitzustellen, welcher mit einer verbesserten Maßhaltigkeit hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor sowie ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, mit einem Rotorblechpaket und einer Wellenvorrichtung, welche in eine entlang einer Rotationsachse des Rotors orientierten Durchgangsöffnung des Rotorblechpaketes eingeführt und drehfest mit dem Rotorblechpaket verbunden ist.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wellenvorrichtung ein erstes Wellenelement umfasst, welches einen ersten Anschlag zur Abstützung an einer ersten Stirnseite des Rotorblechpaketes aufweist und ein mit dem ersten Wellenelement verbundenes, zweites Wellenelement umfasst, welches einen zweiten Anschlag zur Abstützung an einer der ersten Stirnseite in Axialerstreckungsrichtung des Rotors gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite des Rotorblechpakets aufweist. Von Vorteil ist hierbei, dass durch den jeweiligen Anschlag an den gegenüberliegenden Seiten eine unerwünschte Verformung, beispielsweise eine kamm- oder fächerförmige Verformung des Rotorblechpaketes und damit auch der Entstehung von mit der Verformung verbundenen Unwuchten und Drahtbrüchen am Rotor bzw. Rotorblechpaket entgegengewirkt werden kann. Dementsprechend weist der Rotor beispielsweise eine besonders gute Maßhaltigkeit auf.
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Der erste Anschlag und der zweite Anschlag können jeweils als umlaufender Bund ausgebildet sein. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Abstützung der jeweiligen Anschläge am Rotorblechpaket erzielt werden.
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Das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement können in vorteilhafter Weise jeweils als Hohlwellen ausgebildet sein. Dadurch wird die Durchgangsöffnung durch das Rotorblechpaket nicht verschlossen, sondern nur verengt. Dies ermöglicht eine Beschleunigung des Rotors mit - im Vergleich zu Vollwellen - verringerter Rotationsträgheit. Zudem kann in Axialerstreckungsrichtung durch einen ersten Wellenelementhohlraum des ersten Wellenelements und/oder durch einen zweiten Wellenelementhohlraum des zweiten Wellenelements hindurch Kühlmittel geführt werden, um den Rotor bei dessen bestimmungsgemäßen Gebrauch als Bauteil der elektrischen Maschine wirksam zu kühlen. Der erste Wellenelementhohlraum kann sich mindestens über die gesamte Länge des Rotorblechpaketes erstrecken, also mit anderen Worten über eine gesamte Längserstreckung des Rotorblechpaketes. Das zweite Wellenelement kann bereichsweise in das erste Wellenelement eingeführt und mit Letzterem gefügt und damit verbunden sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement über eine Schraubverbindung miteinander verbunden. Hierdurch kann eine besonders haltbare Verbindung der beiden Wellenelemente geschaffen werden.
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Allgemein kann das erste Wellenelement das Innengewinde aufweisen, in welches das Außengewinde des zweiten Wellenelements unter Ausbildung der Schraubverbindung eingeschraubt sein kann. Diese ineinandergreifenden Gewinde, also Innengewinde und Außengewinde der Schraubverbindung, können in vorteilhafter Weise derart ausgelegt sein, dass zwischen den beiden Wellenelementen der auch als Rotorwelle zu bezeichnenden Wellenvorrichtung, ein entsprechender Freigang in axialer Richtung, also in Axialerstreckungsrichtung vorgehalten sein kann, so dass über eine an dem ersten Anschlag angeordnete Stirnfläche des ersten Wellenelements, welche an der ersten Stirnseite des Rotorblechpaktes anliegen kann, immer eine gewünschte axiale Vorspannung auf das Rotorblechpaket ausgeübt werden kann und das Innengewinde nicht zuvor mit dem Außengewinde des zweiten Wellenelements der Wellenvorrichtung auf Block geht.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement über einen Pressverbund miteinander verbunden. Dies stellt ebenfalls eine besonders haltbare Verbindung des ersten und zweite Wellenelements dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das erste Wellenelement eine größere Längserstreckung auf, als das Rotorblechpaket und das zweite Wellenelement umgreift mittels eines den zweiten Anschlag aufweisenden Anschlag-Wellenelementendes des zweiten Wellenelements ein aus dem Rotorblechpaket in Axialerstreckungsrichtung herausragendes erstes Wellenelementende des ersten Wellenelements wenigstens bereichsweise. Die ermöglicht beispielsweise eine verbesserte Abstützung der Wellenelemente aneinander.
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Denkbar ist zudem, dass eine Dichtung der Wellenvorrichtung zwischen dem Anschlag-Wellenelementende und dem ersten Wellenelementende angeordnet ist. Eine derartige Dichtung kann beispielsweise eine unerwünschte Leckage von Kühlmittel über die Verbindung, beispielsweise Verschraubung (sofern Kühlmittel entlang der Gewindegänge strömt), zwischen erstem und zweitem Wellenelement verhindern.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet das erste Wellenelement zusammen mit dem Rotorblechpaket zumindest einen Kraftschluss und/oder Formschluss, über welchen das erste Wellenelement drehfest mit dem Rotorblechpaket gekoppelt ist. Dies verhindert in vorteilhafter weise eine unerwünschte Relativbewegung in Form einer Rotation zwischen dem ersten Wellenelement und dem Rotorblechpaket.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Formschluss und/oder Kraftschluss durch eine Passfederverbindung und/oder Keilverbindung gebildet. Dadurch kann eine besonders einfach herzustellende und haltbare Verbindung geschaffen werden. Die Passfederverbindung und/oder Keilverbindung kann sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Rotorblechpaketes erstrecken, wodurch eine besonders drehfeste Verbindung geschaffen ist.
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Ein Keil der Keilverbindung kann also zur Ausbildung einer Welle-Nabe-Verbindung zwischen Rotorblechpaket und erstem Wellenelement dienen. Während bei der Passfederverbindung die Kraftübertragung zwischen dem ersten Wellenelement und dem Rotorblechpaket durch Formschluss erfolgen kann, kann die Kraftübertragung bei der Keilverbindung durch Kraftschluss erfolgen. Der Keil kann bevorzugt dem ersten Wellenelement zugeordnet sein. Ebenso kann eine Passfeder der Passfederverbindung dem ersten Wellenelement zugeordnet sein.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit wenigstens einem Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Eine derartige elektrische Maschine weist eine dauerhaft hohe Maßhaltigkeit auf.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei die elektrische Maschine als Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Aufgrund der ausgeprägten Maßhaltigkeit der elektrischen Maschine ist das Kraftfahrzeug besonders ausfallsicher betreibbar.
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Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.
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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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Perspektivansicht eines Rotorblechpakets eines Rotors;
- 2 eine weitere schematische Perspektivansicht, bei welcher ein erstes Wellenelement einer Wellenvorrichtung des Rotors in eine Durchgangsöffnung des Rotorblechpaketes eingeführt wird;
- 3 eine weitere schematische Perspektivansicht, bei welcher ein zweites Wellenelement der Wellenvorrichtung mit dem in die Durchgangsöffnung eingeführten ersten Wellenelement gefügt wird; und
- 4 eine Schnittdarstellung gemäß einer durch eine Rotationsachse des Rotors verlaufenden Schnittebene, wobei erkennbar ist, dass das erste Wellenelement einen ersten Anschlag zur Abstützung an einer ersten Stirnseite des Rotorblechpaketes aufweist und das mit dem ersten Wellenelement verbundene, zweite Wellenelement einen zweiten Anschlag aufweist, der zur Abstützung an einer der ersten Stirnseite in Axialerstreckungsrichtung des Rotors gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite des Rotorblechpakets ausgebildet ist.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Rotorblechpaket 30 für einen in 4 schematisch und in Schnittdarstellung dargestellten Rotor 20. In 4 ist zudem stark abstrahiert gezeigt, dass der Rotor 20 ebenso wie ein Stator 12 einer als Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs K ausgestalteten elektrischen Maschine 10 zugeordnet ist.
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Durch Zusammenschau von 1 mit 4 ist erkennbar, dass das Rotorblechpaket 30 eine Durchgangsöffnung 32 umfasst, welche sich durch eine erste Stirnseite 34 und durch eine dieser ersten Stirnseite 34 gegenüberliegenden, zweiten Stirnseits 36 des Rotorblechpakets 30 hindurch erstreckt. Die Durchgangsöffnung 32 ist entlang einer Rotationsachse 22 und damit in Axialerstreckungsrichtung x des Rotors 20 sowie des Rotorblechpakets 30 orientiert.
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Der Rotor 20 umfasst eine Wellenvorrichtung 40, mit zwei Wellenelementen, nämlich einem ersten Wellenelement 50 und einem zweiten Wellenelement 60, deren sukzessive Montage am Rotorblechpaket 30 in 2 und 3 gezeigt ist. Das erste Wellenelement 50 und das zweite Wellenelement 60 können grundsätzlich über eine Schraubverbindung und/oder einen Pressverbund miteinander verbunden werden. Nachfolgend wird jedoch nur auf die Schraubverbindung der beiden Wellenelemente 50, 60 eingegangen.
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Bei der Montage wird zunächst - wie in 2 gezeigt - das erste Wellenelement 50 entlang der Rotationsachse 22 und in Axialerstreckungsrichtung x in die Durchgangsöffnung 32 eingeführt, bis ein als Bund ausgebildeter, erster Anschlag 52 des ersten Wellenelements 50 an der ersten Stirnseite 34 anliegt und sich dadurch an der ersten Stirnseite 34 abstützt. Dabei bildet das erste Wellenelement 50 zusammen mit dem Rotorblechpaket 30 einen Kraftschluss und/oder einen Formschluss, über welchen das erste Wellenelement 50 drehfest mit dem Rotorblechpaket 30 gekoppelt wird. Der Formschluss und/oder Kraftschluss kann durch eine Passfederverbindung und/oder Keilverbindung 70 gebildet werden. Aus der Zusammenschau von 2 und 4 ist erkennbar, dass die drehfeste Koppelung zwischen dem ersten Wellenelement 50 und dem Rotorblechpaket 30 vorliegend durch die Keilverbindung 70 erfolgt, wobei ein Keil zur Bildung der Keilverbindung 70 dem ersten Wellenelement 50 und eine komplementäre Nut zur Bildung der Keilverbindung 70 dem Rotorblechpaket 30 zugeordnet ist. Durch das Ineinandergreifen des Keiles in die Nut, also durch das Ausbilden der Keilverbindung 70 wird eine Winkellage des ersten Wellenelements 50 relativ zu dem Rotorblechpaket 30 festgelegt. Die Passfederverbindung und/oder Keilverbindung 70 kann sich - anders als in 4 gezeigt - vorzugsweise in Axialerstreckungsrichtung x über die gesamte Länge des Rotorblechpaketes 30 erstrecken.
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In 4 ist erkennbar, dass eine Längserstreckung L2 des Rotorblechpaketes 30 kleiner ist, als eine Längserstreckung L1 des ersten Wellenelements 50, weshalb ein erstes Wellenelementende 54 des ersten Wellenelements 50 nach vollständigem Einführen des ersten Wellenelements 50 in die Durchgangsöffnung 32 in Axialerstreckungsrichtung x aus dem Rotorblechpaket 30 herausragt. Das erste Wellenelementende 54 überragt das Rotorblechpaket 30 dann in Axialerstreckungsrichtung x. Wie ebenfalls in 4 zu erkennen ist, ragt das erste Wellenelement 50 in Axialerstreckungsrichtung x aus dem Rotorblechpaket 30 hinaus und überragt damit das Rotorblechpaket 30 zumindest im Bereich der zweiten Stirnseite 36. Vorliegend überragt nicht nur das erste Wellenelementende 54 das Rotorblechpaket 30 in Axialerstreckungsrichtung x, sondern auch ein dem ersten Wellenelementende 54 gegenüberliegender, mit dem ersten Anschlag 52 verbundener Wellenendbereich des ersten Wellenelements 30 ragt aus in Axialerstreckungsrichtung x aus dem Rotorblechpaket 30 heraus.
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3 zeigt, dass das zweite Wellenelement 60 bei der Montage aus einer dem ersten Wellenelement 50 entgegengesetzten Richtung, also entgegen einer Pfeilrichtung eines die Axialerstreckungsrichtung x verdeutlichenden Pfeils (siehe 4), in die Durchgangsöffnung 32 eingeführt wird und mit dem ersten Wellenelement 50 verschraubt und dadurch verbunden wird. Dabei erfolgt eine entsprechende Verschraubung eines Innengewindes des ersten Wellenelements 50 mit einem Außengewinde des zweiten Wellenelements 60. Das Innengewinde und das Außengewinde sind vorliegend nicht näher bezeichnet.
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Das zweite Wellenelement 60 umfasst einen zweiten Anschlag 62 zur Abstützung an der der ersten Stirnseite 34 in Axialerstreckungsrichtung x des Rotors 20 gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite 36 des Rotorblechpakets 30. Das zweite Wellenelement 60 umfasst ein den zweiten Anschlag 62 aufweisendes Anschlag-Wellenelementende 64. Das Anschlag-Wellenelementende 64 umgreift in der vorliegend gezeigten Variante das aus dem Rotorblechpaket 30 in Axialerstreckungsrichtung x herausragende erste Wellenelementende 54 mittels des Anschlag-Wellenelementendes 64 spätestens dann, wenn die Verschraubung festgezogen ist und damit der ebenfalls als Bund ausgebildete, zweite Anschlag 62 durch die Verschraubung auf die zweite Stirnseits 36 gedrückt wird und flächig an der zweiten Stirnseite 36 angepresst wird. Die Wellenvorrichtung 40 ist dann mit dem Rotorblechpaket 30 verspannt.
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Der Rotor 20 ist im verspannten Zustand der Wellenvorrichtung 40 dann bereit Drehmoment über die auch als Rotorwelle bezeichnete Wellenvorrichtung 40 abzugeben.
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Allgemein kann zudem Folgendes gelten:
- Das erste Wellenelement 50 kann beispielsweise ein Drehmomentübertragungsbereich, also einen Bereich, an welchem eine Drehmomentübertragung durch Koppelung mit einer weiteren Vorrichtung erfolgen kann, aufweisen. Der Drehmomentübertragungsbereich kann beispielsweise als Innenverzahnung ausgebildet sein. Die weitere Vorrichtung kann beispielsweise ein Getriebe des Kraftfahrzeugs K sein.
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Das erste Wellenelement 50 kann über eine Passung mit dem Rotorblechpaket 30 zentriert und geführt sein, wodurch Unwuchten vermieden werden können.
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Beide Wellenelemente 50, 60 können noch zylindermantelförmige, aus dem Rotorblechpaket 30 in Axialerstreckungsrichtung x herausragende Außenflächen zur Anordnung und Anlage von Lagern, insbesondere Wälzlagern aufweisen.
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Beide Wellenelemente 50, 60 können zentriert sein, beispielsweise über wenigstens einen abgesetzten Zentrierbund. Dieser Zentrierbund kann beispielsweise durch eine Innenpassfläche des ersten Wellenelements 50 und/oder zu eine Außenpassfläche des zweiten Wellenelements 60 gebildet sein.
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Bevorzugt kann eine Gewindesicherung, beispielsweise durch Klebstoff oder ein formschlüssiges Element, für das jeweilige Gewinde (Innengewinde, Außengewind) der beiden Wellenelemente 50, 60 vorgesehen sein, um ein ungewolltes Losdrehen und Lösen der Gewinde beim Betrieb der elektrischen Maschine 10 zu verhindern.
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Zwischen der Stirnseite 36 und dem zweiten Anschlag 62 kann ein Unterlegkörper, beispielsweise eine Unterlegscheibe angeordnet sein, so dass das Rotorblechpaket 30 in vorteilhafter Weise beim Anziehen des entsprechende Gewindes der Wellenelemente 50, 60 keine Kraft / Reibung in Umfangsrichtung erfährt. Dadurch kann auf einfache Weise vermieden werden, dass einzelne Segmente des Rotorblechpakets 30 abgeschert werden. Mit Hilfe des Unterlegkörpers, dessen Außendurchmesser größer sein sollte, als der Außendurchmesser des zweiten Wellenelements 60 an dem zweiten Anschlag 62 sein sollte, kann also das Abscheren weitestgehend verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrische Maschine
- 12
- Stator
- 20
- Rotor
- 22
- Rotationsachse
- 30
- Rotorblechpaket
- 32
- Durchgangsöffnung
- 34
- erste Stirnseite
- 36
- zweite Stirnseite
- 40
- Wellenvorrichtung
- 50
- erstes Wellenelement
- 52
- erster Anschlag
- 54
- erstes Wellenelementende
- 60
- zweites Wellenelement
- 62
- zweiter Anschlag
- 64
- Anschlag-Wellenelementende
- 70
- Keilverbindung
- K
- Kraftfahrzeug
- L1
- Längserstreckung (des 50)
- L2
- Längserstreckung (des 30)
- x
- Axialerstreckungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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