DE102021124828A1

DE102021124828A1 - Elektrische maschine und elektrisch unterstützter turbolader damit

Info

Publication number: DE102021124828A1
Application number: DE102021124828.0A
Authority: DE
Inventors: Christopher Joel Maurus; Jeffrey Carter; Tyler Ransom Garrard
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2021-09-26
Publication date: 2022-05-05
Also published as: CN217401011U; US20220140688A1; US11777360B2; US20230412031A1; US12119725B2

Abstract

Ein elektrisch unterstützter Turbolader beinhaltet eine Welle, die sich entlang einer Achse erstreckt, ein Verdichterrad, ein Turbinenrad, ein Gehäuse und eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine beinhaltet einen Rotor, der an die Welle drehbar gekoppelt ist, und ein Statorblechpaket, das von dem Rotor radial beabstandet ist. Das Statorblechpaket hat in Umfangsrichtung beabstandete Zähne, die Lücken dazwischen definieren. Die elektrische Maschine beinhaltet außerdem eine Spulenwicklung, die in den Lücken zwischen den in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen angeordnet ist, und ein Schutzblech, das an einem des ersten und zweiten Statorendes angeordnet ist. Das Schutzblech erstreckt sich radial weg von der Achse und beinhaltet eine Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen, die sich radial erstrecken, wobei jede der Zahnschutzvorrichtungen mit einem der Zähne des Statorblechpakets ausgerichtet ist, um die Spulenwicklung von den Zähnen des Statorblechpakets elektrisch zu isolieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Die vorliegende Anwendung beansprucht Priorität gegenüber und sämtliche Vorteile der vorläufigen Patentanmeldung der Vereinigten Staaten Nr. 63/106,967 , eingereicht am 29. Oktober 2020, wobei die Offenbarung dessen ausdrücklich hiermit durch Referenz in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen elektrisch unterstützten Turbolader einschließlich einer elektrischen Maschine und ein Verfahren für die Herstellung des elektrisch unterstützten Turboladers.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Turbolader erhalten Abgas von einem Verbrennungsmotor und führen dem Verbrennungsmotor komprimierte Luft zu. Turbolader werden verwendet, um die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen, den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu verringern und die Emissionen, die durch den Verbrennungsmotor produziert werden, zu reduzieren. Die Zufuhr von komprimierter Luft zu dem Verbrennungsmotor durch den Turbolader erlaubt, dass der Verbrennungsmotor kleiner ist, jedoch in der Lage ist, die gleiche oder ähnliche Menge PS wie größere Saugmotoren zu entwickeln. Ein kleinerer Verbrennungsmotor zur Verwendung in dem Fahrzeug verringert die Masse und aerodynamische Stirnfläche des Fahrzeugs, was dabei hilft, den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu verringern und die Kraftstoffeinsparung des Fahrzeugs zu verbessern.
Typische Turbolader beinhalten eine Welle, ein Verdichterrad, das zum Komprimieren von Luft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt werden soll, an die Welle gekoppelt ist, und ein Turbinenrad, das zum Aufnehmen von Abgas von dem Verbrennungsmotor an die Welle gekoppelt ist. Viele herkömmliche Turbolader sind elektrisch unterstützte Turbolader, die eine elektrische Maschine beinhalten, die an die Welle gekoppelt ist, zum Bereitstellen von Rotationsenergie an die Welle.
Herkömmliche elektrische Maschinen in elektrisch unterstützten Turboladern beinhalten einen Rotor, der an die Welle drehbar gekoppelt ist, ein Statorblechpaket, das um den Rotor angeordnet ist, und eine Spulenwicklung, die an das Statorblechpaket gekoppelt ist. Die Spulenwicklung berührt typischerweise das Statorblechpaket und biegt sich scharf an den Enden des Statorblechpakets. Scharfe Biegungen und Unregelmäßigkeiten verursachen typischerweise, dass sich die Spulenwicklung an bestimmten Abschnitten der Spulenwicklung, die den scharfen Biegungen und Unregelmäßigkeiten unterzogen werden, abbaut. Abbau der Spulenwicklung ist für die Funktion der elektrischen Maschine schädlich, da ein Kontakt zwischen einem abgebauten Abschnitt der Spulenwicklung und einer elektrisch leitenden Komponente der elektrischen Maschine (z. B. das Statorblechpaket) in der Lage ist, die elektrische Maschine kurzzuschließen und zu verhindern, dass die elektrische Maschine ordnungsgemäß betrieben wird.
Somit bleibt ein Bedarf, eine verbesserte elektrische Maschine für einen elektrisch unterstützten Turbolader bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE
Ein elektrisch unterstützter Turbolader führt einem Verbrennungsmotor komprimierte Luft zu. Der elektrisch unterstützte Turbolader beinhaltet eine Welle, die sich entlang einer Achse zwischen einem ersten Wellenende und einem zweiten Wellenende, das von dem ersten Wellenende entlang der Achse beabstandet ist, erstreckt, ein Verdichterrad, das an das erste Wellenende der Welle gekoppelt ist, und ein Turbinenrad, das an das zweite Wellenende der Welle gekoppelt ist. Abgas von dem Verbrennungsmotor dreht das Turbinenrad und somit wird die Welle gedreht und das Verdichterrad gedreht. Das Verdichterrad dreht sich, um dem Verbrennungsmotor komprimierte Luft zuzuführen.
Der elektrisch unterstützte Turbolader beinhaltet außerdem ein Gehäuse, das um die Welle angeordnet ist und einen Gehäuseinnenraum definiert. Der elektrisch unterstützte Turbolader beinhaltet ferner eine elektrische Maschine, die um die Welle in dem Gehäuseinnenraum des Gehäuses angeordnet ist. Die elektrische Maschine kann der Welle Rotationsenergie verleihen, um die Menge an komprimierter Luft, die durch das Verdichterrad erzeugt und dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, zu erhöhen. Die elektrische Maschine kann außerdem der Welle eine negative Rotationsenergie verleihen, um die Rotationsenergie zu verringern, die von dem Turbinenrad an die Welle übertragen wird, womit die Menge an komprimierter Luft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, verringert wird.
Die elektrische Maschine beinhaltet einen Rotor, der sich entlang der Achse erstreckt und drehbar an die Welle gekoppelt ist. Die elektrische Maschine beinhaltet außerdem ein Statorblechpaket, das von dem Rotor radial beabstandet ist, sodass der Rotor zwischen der Welle und dem Statorblechpaket radial angeordnet ist. Das Statorblechpaket hat ein erstes Statorende und ein zweites Statorende, das von dem ersten Statorende beabstandet ist. Das erste Statorende ist nahe dem Verdichterrad und das zweite Statorende ist nahe dem Turbinenrad. Das Statorblechpaket hat außerdem eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen, die sich zwischen dem ersten und zweiten Statorende erstrecken, wobei die Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen sich radial in Bezug auf die Achse erstrecken und wobei die Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen Lücken dazwischen definieren.
Die elektrische Maschine beinhaltet ferner eine Spulenwicklung, die in den Lücken zwischen den in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen des Statorblechpakets angeordnet ist. Die Spulenwicklung kann elektrischen Strom durch die Spulenwicklung übertragen, um den Rotor zu drehen. Die elektrische Maschine beinhaltet ferner ein Schutzblech, das an einem des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets angeordnet ist. Das Schutzblech erstreckt sich radial weg von der Achse und beinhaltet eine Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen, die sich radial in Bezug auf die Achse erstrecken. Jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen ist mit einer der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets ausgerichtet, um die Spulenwicklung von der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets elektrisch zu isolieren.
Das Schutzblech verhindert, dass die Spulenwicklung die Zähne des Statorblechpakets an entweder dem ersten Statorende oder dem zweiten Statorende berührt, womit zwischen der Spulenwicklung und den Zähnen des Statorblechpakets elektrische Isolierung bereitgestellt wird. Stattdessen berührt die Spulenwicklung die Zahnschutzvorrichtungen des Schutzblechs, wodurch zugelassen wird, dass sich die Spulenwicklung ohne jegliche scharfen Biegungen oder Unregelmäßigkeiten krümmt. Somit verhindern die Zahnschutzvorrichtungen des Schutzblechs, dass die Spulenwicklung an einem beliebigen Abschnitt der Spulenwicklung, die scharfe Biegungen oder Unregelmäßigkeiten durchläuft, einer Spannung und einem Abbau unterzogen wird. Daher verhindern die Zahnschutzvorrichtungen des Schutzblechs einen Abbau der Spulenwicklung und verhindern außerdem einen Kontakt zwischen einem abgebauten Abschnitt der Spulenwicklung und einer elektrisch leitenden Komponente der elektrischen Maschine (z. B. die Zähne des Statorblechpakets). Somit verhindert das Schutzblech, dass die elektrische Maschine kurzschließt, und stellt den ordnungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine sicher.
Figurenliste
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht anerkannt, da diese durch Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden wird, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen berücksichtigt wird, wobei:

1 eine Querschnittsansicht eines elektrisch unterstützten Turboladers ist, einschließlich einer Welle, die sich entlang einer Achse A erstreckt, eines Verdichterrads, das an die Welle gekoppelt ist, einer Turbine, die an die Welle gekoppelt ist, und einer elektrischen Maschine, die um die Welle angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor und ein Statorblechpaket beinhaltet;
2A eine Querschnittsansicht der elektrischen Maschine von 1 ist, aufgenommen entlang der Achse A, wobei das Statorblechpaket ein erstes Statorende, ein zweites Statorende, das von dem ersten Statorende beabstandet ist, und eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen, die sich radial in Bezug auf die Achse erstrecken und Lücken dazwischen definieren, hat, und wobei die elektrische Maschine eine Spulenwicklung, die in den Lücken zwischen den in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen angeordnet ist, ein Schutzblech, das an dem ersten Statorende des Statorblechpakets angeordnet ist und eine gekrümmte Oberfläche, die weg von dem ersten und zweiten Statorende gewandt ist, präsentiert, und eine konkave Ausnehmung definiert, beinhaltet, wobei die Spulenwicklung mindestens teilweise in der konkaven Ausnehmung angeordnet ist;
2B eine Querschnittsansicht der elektrischen Maschine von 1 ist, aufgenommen entlang der Achse A, wobei die elektrische Maschine ein erstes Schutzblech und ein zweites Schutzblech beinhaltet, wobei erste Zahnschutzvorrichtungen des ersten Schutzblechs zweite Zahnschutzvorrichtungen des zweiten Schutzblechs berühren, mit diesen in Eingriff sind und diese axial überlagern;
3A eine perspektivische Ansicht des Schutzblechs von 2A ist, wobei das Schutzblech eine Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen beinhaltet und eine flache Oberfläche präsentiert;
3B eine perspektivische Ansicht des Schutzblechs von 2A ist, wobei das Schutzblech die Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen beinhaltet und eine gekrümmte Oberfläche präsentiert;
3C eine perspektivische Ansicht des Schutzblechs von 2B ist, wobei die ersten Zahnschutzvorrichtungen sich in Umfangsrichtung zwischen einer Steckkonfiguration und einer Aufnahmekonfiguration abwechseln;
4A eine perspektivische Ansicht des Schutzblechs von 2A ist, wobei die Zahnschutzvorrichtungen des Schutzblechs eine U-Form aufweisen und einen Schmierkanal definieren;
4B eine perspektivische Ansicht des Schutzblechs von 2B ist, wobei die ersten Zahnschutzvorrichtungen sich in Umfangsrichtung zwischen der Steckkonfiguration und der Aufnahmekonfiguration abwechseln;
5A eine perspektivische Ansicht des Schutzblechs von 2B ist, wobei die erste und zweite Zahnschutzvorrichtung des ersten und zweiten Schutzblechs miteinander in Eingriff sind;
5B eine Explosionsansicht der Schutzbleche von 5A ist, wobei die erste Zahnschutzvorrichtung des ersten Schutzblechs die zweite Zahnschutzvorrichtung des zweiten Schutzblechs axial überlagert; und
6 ein Flussdiagramm ist, das ein Herstellungsverfahren für den elektrisch unterstützten Turbolader darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Figuren, wobei gleiche Zahlen gleiche Teile durch die unterschiedlichen Ansichten hinweg angeben, ist ein elektrisch unterstützter Turbolager 10 in 1 schematisch dargestellt. Der elektrisch unterstützte Turbolader 10 führt einem Verbrennungsmotor komprimierte Luft zu. Der elektrisch unterstützte Turbolader 10 beinhaltet eine Welle 12, die sich entlang einer Achse A zwischen einem ersten Wellenende 14 und einem zweiten Wellenende 16, das von dem ersten Wellenende 14 entlang der Achse A beabstandet ist, erstreckt, ein Verdichterrad 18, das an das erste Wellenende 14 der Welle 12 gekoppelt ist, und ein Turbinenrad 20, das an das zweite Wellenende 16 der Welle 12 gekoppelt ist. Abgas von dem Verbrennungsmotor dreht das Turbinenrad 20 und somit wird die Welle 12 gedreht und das Verdichterrad 18 gedreht. Das Verdichterrad 18 dreht sich, um dem Verbrennungsmotor komprimierte Luft zuzuführen.
Der elektrisch unterstützte Turbolader 10 beinhaltet außerdem ein Gehäuse 22, das um die Welle 12 angeordnet ist und einen Gehäuseinnenraum 24 definiert. Der elektrisch unterstützte Turbolader 10 beinhaltet ferner eine elektrische Maschine 26, die um die Welle 12 in dem Gehäuseinnenraum 24 des Gehäuses 22 angeordnet ist. Die elektrische Maschine 26 kann der Welle 12 Rotationsenergie verleihen, um die Menge an komprimierter Luft, die durch das Verdichterrad 18 erzeugt und dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, zu erhöhen. Anders gesagt, kann die elektrische Maschine 26 ein Elektromotor sein. Die elektrische Maschine 26 kann außerdem der Welle 12 eine negative Rotationsenergie verleihen, um die Rotationsenergie zu verringern, die von dem Turbinenrad 20 an die Welle 12 übertragen wird, womit die Menge an komprimierter Luft, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, verringert wird. Anders gesagt, kann die elektrische Maschine 26 ein elektrischer Generator sein.
Die elektrische Maschine 26 beinhaltet einen Rotor 28, der sich entlang der Achse A erstreckt und drehbar an die Welle 12 gekoppelt ist. Die elektrische Maschine 26 beinhaltet außerdem ein Statorblechpaket 30, das von dem Rotor 28 radial beabstandet ist, sodass der Rotor 28 zwischen der Welle 12 und dem Statorblechpaket 30 radial angeordnet ist. Das Statorblechpaket 30 hat ein erstes Statorende 32 und ein zweites Statorende 34, das von dem ersten Statorende 32 beabstandet ist. Das erste Statorende 32 ist nahe dem Verdichterrad 18 und das zweite Statorende 34 ist nahe dem Turbinenrad 20. Das Statorblechpaket 30 hat außerdem eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 36, die sich zwischen dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 erstrecken, wobei die Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 36 sich radial in Bezug auf die Achse A erstrecken und wobei die Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 36 Lücken 38 dazwischen definieren.
Die elektrische Maschine 26 beinhaltet ferner eine Spulenwicklung 40, die in den Lücken 38 zwischen den in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 angeordnet ist. Die Spulenwicklung 40 kann in Schleifen um das Statorblechpaket 30 angeordnet und an das erste und zweite Statorende 32, 34 des Statorblechpakets 30 gekoppelt sein. Die Spulenwicklung 40 kann mindestens drei Phasen gleichermaßen um die Achse A angeordnet bilden. Die Spulenwicklung 40 kann Kupfer oder ein ähnlich leitendes Metall umfassen und kann in der Lage sein, elektrischen Strom durch die Spulenwicklung 40 zu übertragen, um den Rotor 28 zu drehen. Die Spulenwicklung 40 kann außerdem Isoliermaterial beinhalten, das das Kupfer umgibt.
Die elektrische Maschine 26 beinhaltet ferner ein Schutzblech 42, das an einem des ersten und zweiten Statorendes 32, 34 des Statorblechpakets 30 angeordnet ist. Das Schutzblech 42 erstreckt sich radial weg von der Achse A und beinhaltet eine Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56, die sich radial in Bezug auf die Achse A erstrecken, wie in 3A 3B und 3C dargestellt. Jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 ist mit einer der Vielzahl von Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 ausgerichtet, um die Spulenwicklung 40 von der Vielzahl von Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 elektrisch zu isolieren, wie in 2A und 2B dargestellt.
Das Schutzblech 42 verhindert, dass die Spulenwicklung 40 die Zähne 36 des Statorblechpakets 30 an entweder dem ersten Statorende 32 oder dem zweiten Statorende 34 berührt, womit zwischen der Spulenwicklung 40 und den Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 elektrische Isolierung bereitgestellt wird. Stattdessen berührt die Spulenwicklung 40 die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42, wodurch zugelassen wird, dass sich die Spulenwicklung 40 ohne jegliche scharfen Biegungen oder Unregelmäßigkeiten krümmt. Somit verhindern die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42, dass die Spulenwicklung an einem beliebigen Abschnitt der Spulenwicklung 40, die scharfe Biegungen oder Unregelmäßigkeiten durchläuft, einer Spannung und einem Abbau unterzogen wird. Unregelmäßigkeiten können Abnutzungen, Knicke, Kerben, Dellen und Schnitte beinhalten, sind darauf jedoch nicht beschränkt. Genauer verhindern die Zahnschutzvorrichtungen 56, dass das Isoliermaterial, das das leitende Metall umgibt, abgebaut wird und das leitende Metall freilegt. Daher verhindern die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42 einen Abbau der Spulenwicklung 40 und verhindern außerdem einen Kontakt zwischen einem abgebauten Abschnitt der Spulenwicklung 40 (z. B. einen Abschnitt der Spulenwicklung 40 mit dem leitenden Metall freigelegt) und einer elektrisch leitenden Komponente der elektrischen Maschine 26 (z. B. die Zähne 36 des Statorblechpakets 30). Somit verhindert das Schutzblech 42, dass die elektrische Maschine 26 kurzschließt, und stellt den ordnungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine 26 sicher. Die Unversehrtheit des Isoliermaterials der Spulenwicklung 40 aufrechtzuhalten, ist außerdem wichtig, um die Sicherheit der elektrischen Maschine 26 während des Betriebs sicherzustellen.
Es soll anerkannt werden, dass sich die Zahnschutzvorrichtungen 56 nur teilweise entlang einer Länge von jedem Zahn 36 des Statorblechpakets 30 erstrecken können oder sich vollständig entlang der Länge von jedem Zahn 36 des Statorblechpakets 30 erstrecken können. Die Zahnschutzvorrichtungen 56 können sich außerdem nur teilweise entlang einer Breite von jedem Zahn 36 des Statorblechpakets 30 erstrecken oder sich vollständig entlang der Breite von jedem Zahn 36 des Statorblechpakets 30 erstrecken. Jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 kann eine U-Form aufweisen. Des Weiteren kann jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 einen Schmierkanal 58 definieren, wie in 2A, 2B, 4A und 4B dargestellt. Es soll anerkannt werden, dass 4A die Rückseite des Schutzblechs 42 ist, wie in 3A und 3B dargestellt, und 4B die Rückseite des Schutzblechs 42 ist, wie in 3C dargestellt. In den Ausführungsformen, wo die Zahnschutzvorrichtungen eine U-Form aufweisen, können die Zahnschutzvorrichtungen 56 die Zähne 36 des Statorblechpakets teilweise umhüllen. Es soll anerkannt werden, dass die Zahnschutzvorrichtungen 56 außerdem glatte und gekrümmte Kanten haben können, die eine U-Form definieren. Diese glatten und gekrümmten Kanten verhindern ferner, dass die Spulenwicklung 40 scharfen Biegungen oder Unregelmäßigkeiten unterzogen wird, womit ferner verhindert wird, dass die Spulenwicklung 40 abgebaut wird. Der Schmierkanal 58 kann in Fluidverbindung mit einer Schmierquelle sein, wie z. B. einem Schmiermitteleinlass, der durch das Gehäuse 22 definiert ist, um zuzulassen, dass Schmiermittel durch den Schmierkanal 58 fließt, der durch die Zahnschutzvorrichtungen 56 definiert ist. Jeder der Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne 36 des Statorblechpakets 30 kann mit einem der Schmierkanäle 58 der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 ausgerichtet sein. Die Schmierkanäle 58 können Schmierung für jeden der in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne 36 des Statorblechpakets 30 bereitstellen, um die in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne 36 des Statorblechpakets 30 abzukühlen.
Die Spulenwicklung 40 kann ein erstes Wicklungsende 60 nahe dem ersten Statorende 32 des Statorblechpakets 30 und ein zweites Wicklungsende 62 nahe dem zweiten Statorende 34 des Statorblechpakets 30 aufweisen. Die Schmierkanäle 58, die durch jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 definiert sind, können in Fluidverbindung mit einem des ersten und zweiten Wicklungsendes 60, 62 der Spulenwicklung 40 sein. Die Schmierkanäle 58 können Schmierung für das erste Wicklungsende 60 oder das zweite Wicklungsende 62 bereitstellen, um die Spulenwicklung 40 abzukühlen. Das Abkühlen der Spulenwicklung 40 ist vorteilhaft, da der elektrische Strom, der durch die Spulenwicklung 40 übertragen wird, überall in der Spulenwicklung 40 Wärme erzeugen kann.
Wie in 3A dargestellt, kann das Schutzblech 42 eine flache Oberfläche 43 darstellen, die weg von dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 gewandt ist und sich entlang einer Ebene erstreckt, wobei die Spulenwicklung 40 die flache Oberfläche 43 des Schutzblechs 42 berührt. Die flache Oberfläche 43 hilft dabei, den axialen Bauraum der elektrischen Maschine 26 in dem Turbolader 10 zu begrenzen. Obwohl sie in 3A als senkrecht zu der Achse A dargestellt wird, muss die flache Oberfläche 43 nicht senkrecht zu der Achse A sein. In einem nicht beschränkenden Beispiel kann die flache Oberfläche 43 weg von senkrecht relativ zu der Achse A zwischen 0 und 90 Grad, 10 und 80 Grad, 20 bis 70 Grad, 30 und 60 Grad und 40 bis 50 Grad geneigt sein. Alternativ, wie in 3B und 3C dargestellt, kann das Schutzblech 42 eine gekrümmte Oberfläche 44 darstellen, die weg von dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 gewandt ist. Die gekrümmte Oberfläche 44 definiert eine konkave Ausnehmung 46. Die Spulenwicklung 40 ist mindestens teilweise in der konkaven Ausnehmung 46 angeordnet, die durch die gekrümmte Oberfläche 44 definiert ist, um die Spulenwicklung 40 weiter von dem einen des ersten und zweiten Statorendes 32, 34 des Statorblechpakets 30 elektrisch zu isolieren. Anders gesagt, ist die Spulenwicklung 40 von dem Statorende 32, 34 elektrisch isoliert, an dem das Schutzblech 42 angeordnet ist.
In der Ausführungsform mit der gekrümmten Oberfläche 44 berührt die Spulenwicklung 40 die gekrümmte Oberfläche 44 des Schutzblechs 42, wodurch zugelassen wird, dass sich die Spulenwicklung 40 ohne jegliche scharfen Biegungen oder Unregelmäßigkeiten krümmt. Somit verhindert die gekrümmte Oberfläche 44 des Schutzblechs 42 ferner, dass die Spulenwicklung an einem beliebigen Abschnitt der Spulenwicklung 40, die scharfe Biegungen oder Unregelmäßigkeiten durchläuft, abgebaut wird. Daher verhindert die gekrümmte Oberfläche 44 des Schutzblechs 42 ferner einen Abbau der Spulenwicklung 40 und verhindert ferner außerdem einen Kontakt zwischen einem abgebauten Abschnitt der Spulenwicklung 40 und einer elektrisch leitenden Komponente der elektrischen Maschine 26 (z. B. die Zähne 36 des Statorblechpakets 30, das Statorblechpaket 30, das Gehäuse 22). Somit verhindert die gekrümmte Oberfläche 44 des Schutzblechs 42, dass die elektrische Maschine 36 kurzschließt, und stellt den ordnungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine 26 sicher. Es soll anerkannt werden, dass die gekrümmte Oberfläche 44 durch eine Reihe von benachbarten flachen Abschnitten angenähert werden kann und keine kontinuierliche Kurve sein muss. In diesem Fall soll die konkave Ausnehmung 46 als durch die Reihe von benachbarten flachen Abschnitten definiert verstanden werden.
Wie in 2A dargestellt, kann das Schutzblech 42 eine äußerste Plattenoberfläche 48 haben, die weg von der Achse A gewandt ist, die sich axial weg von dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 zu dem ersten Achsenpunkt 50 erstreckt. Die äußerste Plattenoberfläche 48 kann am weitesten von der Achse A entfernt sein. Die gekrümmte Oberfläche 44 erstreckt sich von dem ersten Achsenpunkt 50 zu dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 hin zu einem zweiten Achsenpunkt 52, der axial zwischen dem ersten Achsenpunkt 50 und dem Statorende 32, 34 angeordnet ist, an dem das Schutzblech 42 angeordnet ist. Anders gesagt, erstreckt sich die gekrümmte Oberfläche 44 zwischen dem ersten und zweiten Achsenpunkt 50, 52, die entlang der Achse A voneinander beabstandet sind. Die gekrümmte Oberfläche 44 kann somit außerdem teilweise der Achse A zugewandt sein.
Die gekrümmte Oberfläche 44 kann sich axial von dem ersten Achsenpunkt 50 erstrecken und kann sich krümmen, um sich radial zu dem zweiten Achsenpunkt 52 zu erstrecken. Anders gesagt, kann die gekrümmte Oberfläche 44 einen Querschnitt haben, der sich einem Neunzig-Grad-Winkel annähert. In dieser Ausführungsform kann die gekrümmte Oberfläche 44 die konkave Ausnehmung 46 definieren, sodass die Spulenwicklung 40 zwischen dem Schutzblech 42 und der Achse A angeordnet ist, wenn die Spulenwicklung 40 mindestens teilweise in der konkaven Ausnehmung 46 angeordnet ist.
Das Statorblechpaket 30 kann eine äußerste Statoroberfläche 54 aufweisen, die weg von der Achse A gewandt ist, und das Schutzblech 42 kann die äußerste Plattenoberfläche 48 aufweisen, die weg von der Achse A gewandt ist. Die äußerste Statoroberfläche 54 kann die Oberfläche des Statorblechpakets 30 sein, die radial am weitesten von der Achse A entfernt ist, und die äußerste Plattenoberfläche 48 kann die Oberfläche des Schutzblechs 42 sein, die radial am weitesten von der Achse A entfernt ist. In manchen Ausführungsformen sind die äußerste Statoroberfläche 54 und die äußerste Plattenoberfläche 48 radial aneinander ausgerichtet. Anders ausgedrückt, kann es wenig bis keinen Unterschied zwischen den relativen radialen Abständen von der Achse A der äußersten Statoroberfläche 54 und der äußersten Plattenoberfläche 48 geben. Die äußerste Statoroberfläche 54 und die äußerste Plattenoberfläche 48 können miteinander fluchten, besonders an dem/den Berührungspunkt(en) zwischen der äußersten Statoroberfläche 54 und der äußersten Plattenoberfläche 48.
Obwohl dies nicht erforderlich ist, beinhaltet das Schutzblech 42 in manchen Ausführungsformen mindestens einen Aufnahmezapfen 64, der sich weg von der gekrümmten Oberfläche 44 axial zu dem Statorende 32, 34 hin, gegenüber dem Statorende 32, 34, an dem das Schutzblech 42 angeordnet ist, erstreckt. Es soll anerkannt werden, dass das Schutzblech 42 einen, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr als acht Aufnahmezapfen 64 beinhalten kann. Der Aufnahmezapfen 64 positioniert das Schutzblech 42 relativ zu dem Statorblechpaket 30. Genauer ist der Aufnahmezapfen 64 mit dem Statorblechpaket 30 in Eingriff, sodass sich die relativen Positionen des Schutzblechs 42 und des Statorblechpakets 30 nicht verändern. Es soll anerkannt werden, dass der Aufnahmezapfen 64 außerdem eine Drehung zwischen dem Schutzblech 42 und dem Statorblechpaket 30 verhindern kann.
Das Statorblechpaket 30 kann mindestens eine Aufnahmenut 66 definieren und der mindestens eine Aufnahmezapfen 64 kann mindestens teilweise in der mindestens einen Aufnahmenut 66 angeordnet sein, um das Schutzblech 42 relativ zu dem Statorblechpaket 30 zu positionieren. Es soll anerkannt werden, dass das Statorblechpaket 30 einen, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr als acht Aufnahmenuten 66 beinhalten kann. Es soll außerdem anerkannt werden, dass die Anzahl der Aufnahmenuten 66, definiert durch das Statorblechpaket 30, der Anzahl von Aufnahmezapfen 64 des Schutzblechs 42 entsprechen (d. h. die gleiche Anzahl sein) kann. Die Aufnahmenuten 66 helfen dabei, das Schutzblech 42 relativ zu dem Statorblechpaket 30 zu positionieren, durch das Verhindern von Drehung zwischen dem Schutzblech 42 und dem Statorblechpaket 30, da jeder Aufnahmezapfen 64 mindestens teilweise in einer der Aufnahmenuten 66 angeordnet ist.
In einer Ausführungsform definiert die äußerste Statoroberfläche 54 des Statorblechpakets 30 mindestens teilweise die mindestens eine Aufnahmenut 66. Es soll anerkannt werden, dass die äußerste Statoroberfläche 54 die mindestens eine Aufnahmenut 66 vollständig definieren kann. Jedoch soll auch anerkannt werden, dass die mindestens eine Aufnahmenut 66 zwischen der äußersten Statoroberfläche 54 des Statorblechpakets 30 und der Welle 12 definiert sein kann. Der mindestens eine Aufnahmezapfen 64 kann in die mindestens eine Aufnahmenut 66 durch Bewegen von entweder dem Statorblechpaket 30 axial zu dem Schutzblech 42 hin oder durch Bewegen des Schutzblechs 42 axial zu dem Statorblechpaket 30 hin eingeführt werden.
Die Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 können sich radial nach innen zu der Achse A hin erstrecken und die Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 können sich radial nach innen zu der Achse A hin erstrecken. Es soll jedoch anerkannt werden, dass sich die Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 radial nach außen weg von der Achse A erstrecken können und sich die Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 radial nach außen weg von der Achse A erstrecken können. Die äußerste Statoroberfläche 54 des Statorblechpakets 30 kann daher im Wesentlichen zylindrisch sein, bis auf die Aufnahmenuten 66, wenn die Aufnahmenuten 66 mindestens teilweise durch die äußerste Statoroberfläche 54 definiert sind. Es soll anerkannt werden, dass die äußerste Statoroberfläche 54 vollständig zylindrisch in den Ausführungsformen sein kann, bei denen die Aufnahmenuten 66 zwischen der äußersten Statoroberfläche 54 des Statorblechpakets 30 und der Welle 12 definiert sind, und in den Ausführungsformen, bei denen das Statorblechpaket 30 keine Aufnahmenuten 66 definiert.
Obwohl dies nicht erforderlich ist, kann das Schutzblech 42 ein thermoplastisches Harz umfassen. Jedoch soll anerkannt werden, dass das Schutzblech 42 ein wärmehärtbares Harz, ein Verbundmaterial und/oder ein keramisches Material umfassen kann. Das Material, das das Schutzblech umfasst, kann ausgewählt werden, um die Durchschlagfestigkeit des Schutzblechs 42 zu erhöhen, um die Spulenwicklung 40 von dem Statorblechpaket 30 ferner elektrisch zu isolieren, wodurch verhindert wird, dass die Spulenwicklung kurzschließt.
Jedoch soll auch anerkannt werden, dass das Schutzblech 42 sogar aus einem Metall oder einem anderen elektrisch leitenden Material bestehen kann.
Das erste Wicklungsende 60 kann eine erste äußerste Wicklungsoberfläche, die weg von der Achse A gewandt ist, und eine erste innerste Wicklungsoberfläche, die zu der Achse A hingewandt ist, aufweisen. Ein erster Radius kann als gleich bis halb der Abstand zwischen der ersten innersten Wicklungsoberfläche und der ersten äußersten Wicklungsoberfläche definiert sein. Ähnlich kann das zweite Wicklungsende 62 eine zweite äußerste Wicklungsoberfläche, die weg von der Achse A gewandt ist, und eine zweite innerste Wicklungsoberfläche, die zu der Achse A hingewandt ist, aufweisen. Ein zweiter Radius kann als gleich bis halb der Abstand zwischen der zweiten innersten Wicklungsoberfläche und der zweiten äußersten Wicklungsoberfläche definiert sein. In den Ausführungsformen, in denen das Schutzblech 42 an dem ersten Statorende 32 angeordnet ist, kann die gekrümmte Oberfläche 44 des Schutzblechs 42 im Querschnitt begrenzt sein, um sich entlang einem Bogen zu erstrecken, der durch den ersten Radius definiert ist. Anders gesagt, kann sich die gekrümmte Oberfläche 44 entlang einem Bogen wie durch den ersten Radius definiert erstrecken, um einen Abschnitt eines Kreises im Querschnitt zu bilden. In den Ausführungsformen, bei denen das Schutzblech 42 an dem zweiten Statorende 34 angeordnet ist, kann die gekrümmte Oberfläche 44 des Schutzblechs 42 im Querschnitt begrenzt sein, um sich entlang einem Bogen zu erstrecken, der durch den zweiten Radius definiert ist. Anders gesagt, kann sich die gekrümmte Oberfläche 44 entlang einem Bogen wie durch den zweiten Radius definiert erstrecken, um einen Abschnitt eines Kreises im Querschnitt zu bilden.
Die Querschnitte können entlang der Achse A genommen werden, die das Schutzblech 42 halbiert, wodurch zwei Spiegelbilder des Schutzblechs 42 im Querschnitt dargestellt werden. Die Krümmung der gekrümmten Oberfläche 44 kann für jedes Spiegelbild des Schutzblechs 42 im Querschnitt gleich sein. Es soll jedoch anerkannt werden, dass sich die Krümmung der gekrümmten Oberfläche 44 des Schutzblechs 42 verändern kann, wenn sich die gekrümmte Oberfläche 44 um die Achse A erstreckt, wodurch zwei Bilder im Querschnitt dargestellt werden, die keine Spiegelbilder voneinander sind.
Das Schutzblech 42 kann an dem ersten Statorende 32 des Statorblechpakets 30 nahe dem Verdichterrad 18 angeordnet sein. Anders gesagt, kann das Schutzblech 42 auf der Verdichterseite des elektrisch unterstützten Turboladers 10 sein. Alternativ kann das Schutzblech 42 an dem zweiten Statorende 34 des Statorblechpakets 30 nahe dem Turbinenrad 20 angeordnet sein. Anders gesagt, kann das Schutzblech 42 auf der Turbinenseite des elektrisch unterstützten Turboladers 10 sein.
Obwohl dies nicht erforderlich ist, kann das Schutzblech 42 ferner als ein erstes Schutzblech 68 definiert sein und die elektrische Maschine kann ein zweites Schutzblech 70 beinhalten. Das erste Schutzblech 68 kann an dem ersten Statorende 32 des Statorblechpakets 30 nahe dem Verdichterrad 18 angeordnet sein und das zweite Schutzblech 70 kann an dem zweiten Statorende 34 des Statorblechpakets 30 nahe dem Turbinenrad 20 angeordnet sein. Das erste und zweite Schutzblech 68, 70 können Spiegelbilder voneinander sein. Das zweite Schutzblech 70 kann alle Merkmale des Schutzblechs 42 wie oben beschrieben beinhalten.
Genauer kann das Schutzblech 42 ferner als das erste Schutzblech 68 definiert sein und die Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 56 können ferner als erste Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 80 definiert sein. Des Weiteren kann das erste Schutzblech 68 eine erste gekrümmte Oberfläche 72 darstellen, die eine erste konkave Ausnehmung 74 definiert, oder kann eine erste flache Oberfläche aufweisen, die weg von dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 gewandt ist und sich entlang einer ersten Ebene erstreckt. Die Spulenwicklung 40 kann die erste flache Oberfläche des ersten Schutzblechs 68 berühren. Das zweite Schutzblech 70 kann an dem anderen des ersten und zweiten Statorendes 32, 34 des Statorblechpakets 30 angeordnet sein. Anders gesagt, ist in den Ausführungsformen, bei denen das erste Schutzblech 68 an dem ersten Statorende 32 angeordnet ist, das zweite Schutzblech 70 an dem zweiten Statorende 34 angeordnet. In den Ausführungsformen, bei denen das erste Schutzblech 68 an dem zweiten Statorende 34 angeordnet ist, ist das zweite Schutzblech 70 an dem ersten Statorende 32 angeordnet.
Das zweite Schutzblech 70 kann sich radial weg von der Achse A erstrecken und eine zweite Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 82 beinhalten, die sich radial in Bezug auf die Achse A erstrecken. Jede der zweiten Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen 82 kann mit einem der Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne 36 des Statorblechpakets 30 ausgerichtet sein, um die Spulenwicklung 40 von dem Statorblechpaket 30 elektrisch zu isolieren. Das zweite Schutzblech 70 kann eine zweite gekrümmte Oberfläche 76 darstellen, die von dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 weggewandt ist, oder kann eine zweite flache Oberfläche aufweisen, die weg von dem ersten und zweiten Statorende 32, 34 gewandt ist und sich entlang einer zweiten Ebene erstreckt. Die Spulenwicklung 40 kann die zweite flache Oberfläche des zweiten Schutzblechs 70 berühren. Die zweite gekrümmte Oberfläche 76 kann eine zweite konkave Ausnehmung 78 definieren und die Spulenwicklung 40 kann mindestens teilweise in der zweiten konkaven Ausnehmung 78 angeordnet sein, die durch die zweite gekrümmte Oberfläche 76 definiert ist, um die Spulenwicklung 40 von dem anderen des ersten und zweiten Statorendes 32, 34 des Statorblechpakets 30 elektrisch zu isolieren.
Obwohl dies nicht erforderlich ist, wie in 2B, 5A und 5B dargestellt, sind mindestens ein Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 des ersten Schutzblechs 68 und mindestens ein Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 des zweiten Schutzblechs 70 in Kontakt miteinander. Anders gesagt, können die ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 einander berühren. Die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 können sich entlang der Achse A zu dem zweiten Schutzblech 70 hin erstrecken und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 können sich entlang der Achse A zu dem ersten Schutzblech 68 hin erstrecken.
Die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 können einander in etwa der axialen Mitte zwischen dem ersten Schutzblech 68 und dem zweiten Schutzblech 70 berühren. Anders gesagt, können die axialen Längen der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 etwa gleich oder genau gleich wie die axialen Längen der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 sein, was erlaubt, dass das erste und zweite Schutzblech 68, 70 identisch sind, um die Herstellbarkeit der elektrischen Maschine 26 und/oder des elektrisch unterstützten Turboladers 10 zu verbessern. Jedoch soll anerkannt werden, dass die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 einander an einer beliebigen Stelle zwischen dem ersten und zweiten Schutzblech 68, 70 berühren können.
In den Ausführungsformen, bei denen die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 des ersten Schutzblechs 68 und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 des zweiten Schutzblechs 70 einander berühren, wirken die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 als Isolierhülsen und entfernen die Notwendigkeit für Nutauskleidungspapier für das Statorblechpaket 30, das traditionell als ein elektrischer Isolator zwischen der Spulenwicklung 40 und dem Statorblechpaket 30 wirkt. Die Beseitigung der Notwendigkeit für Nutauskleidungspapier verringert außerdem die Anzahl der Komponenten und die Herstellungszeit für die elektrische Maschine 26 und/oder den elektrisch unterstützten Turbolader 10.
Genauer verhindert Kontakt zwischen den ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und den zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82, dass die Spulenwicklung 40 das Statorblechpaket 30 zwischen dem ersten Statorende 32 und dem zweiten Statorende 34 berührt, wodurch eine elektrische Isolierung zwischen der Spulenwicklung 40 und dem Statorblechpaket 30 bereitgestellt wird. Daher verhindern die ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 des Schutzblechs 42 einen Kontakt zwischen dem abgebauten Abschnitt der Spulenwicklung 40 (z. B. einen Abschnitt der Spulenwicklung 40 mit dem leitenden Metall freigelegt) und einer elektrisch leitenden Komponente der elektrischen Maschine 26 (z. B. das Statorblechpaket 30). Daher verhindert, dass das erste und zweite Schutzblech 68, 70 in Kontakt miteinander sind, ferner, dass die elektrische Maschine 26 kurzschließt und stellt den ordnungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine 26 sicher, ohne Nutauskleidungspapier zu beinhalten.
In manchen Ausführungsformen sind mindestens ein Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und mindestens ein Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 zusammen in Eingriff bringbar, um die Spulenwicklung 40 von dem Statorblechpaket 30 elektrisch zu isolieren. Es soll anerkannt werden, dass, obwohl die ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 sich physisch miteinander koppeln lassen, die ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 nicht miteinander physisch gekoppelt werden müssen, um miteinander in Eingriff bringbar zu sein. Stattdessen hilft selbst eine lockere Verbindung, die zulässt, dass das erste und zweite Schutzblech 68, 70 zusammen in Eingriff sind, dabei, das erste Schutzblech 68 relativ zu dem zweiten Schutzblech 70 auszurichten, wodurch außerdem die ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 relativ zu den Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 ausgerichtet werden. Nachdem die Spulenwicklung 40 gegen das erste und zweite Schutzblech 68, 70 verdichtet wurde, werden das erste und zweite Schutzblech 68, 70 im Allgemeinen relativ zueinander unbeweglich sein. Daher ist es nicht notwendig, dass sich das erste und zweite Schutzblech 68, 70 miteinander koppeln, um das erste und zweite Schutzblech 68, 70 relativ zueinander in der elektrischen Maschine 26 permanent auszurichten nach der Herstellung der elektrischen Maschine 26 und/oder des elektrisch unterstützten Turboladers 10.
Wie in 2B, 5A und 5B dargestellt, können mindestens ein Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und mindestens ein Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 einander axial überlagern. Ein Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 kann von einem Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 beabstandet sein. Der Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 kann von dem Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 beabstandet sein, sodass der Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 zwischen den zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 und den Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 beabstandet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 kann von dem Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 beabstandet sein, sodass der Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 zwischen den ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und den Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 beabstandet ist. Die axiale Überlagerung zwischen den ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 hilft ferner dabei, eine elektrische Isolierung zwischen der Spulenwicklung 40 und dem Statorblechpaket 30 bereitzustellen durch Verhindern von Lücken, die zwischen den ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 des ersten und zweiten Schutzblechs 68, 70 definiert sein können.
Des Weiteren können die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 eine Steckkonfiguration 84 sein und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 können eine Aufnahmekonfiguration 86 sein. Alternativ können die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 die Aufnahmekonfiguration 86 sein und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 können die Steckkonfiguration 84 sein. Die Steckkonfiguration 84 kann in die Aufnahmekonfiguration 86 passen, sodass die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 zusammen in Eingriff bringbar sind, um die Spulenwicklung 40 von dem Statorblechpaket 30 elektrisch zu isolieren.
Es soll außerdem anerkannt werden, dass manche der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 die Steckkonfiguration 84 sein können und manche der ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 die Aufnahmekonfiguration 86 sein können. In der Ausführungsform, bei der die ersten Zahnschutzvorrichtungen 80 sowohl die Steckkonfiguration 84 als auch die Aufnahmekonfiguration 86 beinhalten, sind die entsprechenden zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 die gegenteilige Aufnahmekonfiguration 86 bzw. Steckkonfiguration 84. Ferner können sich die ersten Zahnschutzvorrichtungen in Umfangsrichtung zwischen der Steckkonfiguration 84 und der Aufnahmekonfiguration 86 abwechseln und die zweiten Zahnschutzvorrichtungen 82 können sich in Umfangsrichtung zwischen der Aufnahmekonfiguration 86 und der Steckkonfiguration 84 abwechseln. Wie oben beschrieben können die Steck- und Aufnahmekonfigurationen 84, 86 der ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 miteinander in Eingriff gebracht werden. Das Abwechseln von Steck- und Aufnahmekonfigurationen 84, 86 von sowohl den ersten als auch den zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 hilft ferner dabei, das erste Schutzblech 68 relativ zu dem zweiten Schutzblech 70 auszurichten, um sicherzustellen, dass die ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen 80, 82 mit den Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 ausgerichtet sind.
Ein Verfahren 100 des Herstellens des elektrisch unterstützten Turboladers 10 beinhaltet den Schritt 102 des Koppelns des Schutzblechs 42 an eines des ersten und zweiten Statorendes 32, 34 des Statorblechpakets 30. Das Verfahren 102 beinhaltet außerdem den Schritt 104 des Einführens der Spulenwicklung 40 in die Lücken 38, die durch die in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne 36 des Statorblechpakets 30 definiert sind. Das Verfahren 100 beinhaltet ferner den Schritt 106 des Verdichtens der Spulenwicklung 40 gegen die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42, um die Spulenwicklung 40 von der Vielzahl von Zähnen 36 des Statorblechpakets 30 elektrisch zu isolieren.
Die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42 verhindern, dass die Spulenwicklung 40 das Statorblechpaket 30 während des Schritts 106 des Verdichtens der Spulenwicklung 40 gegen die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42 berühren. Die Verdichtung der Spulenwicklung hat besondere Bedeutung, da scharfe Biegungen oder Unregelmäßigkeiten in der Spulenwicklung unmittelbar nach der Verdichtung auftreten können. Jedoch erlauben die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42, dass sich die Spulenwicklung 40 krümmt ohne jegliche scharfen Biegungen oder Unregelmäßigkeiten während des Schritts 106 der Verdichtung. Von daher verhindert der Schritt 106 des Verdichtens der Spulenwicklung 40 gegen die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42, dass die Spulenwicklung 40 an einem bestimmten Abschnitt der Spulenwicklung 40 abgebaut wird, durch Verhindern von jeglichen scharfen Biegungen oder Unregelmäßigkeiten in der Spulenwicklung 40. Abbau der Spulenwicklung 40 ist für die Funktion der elektrischen Maschine 26 schädlich, da ein Kontakt zwischen einem abgebauten Abschnitt der Spulenwicklung 40 und einer elektrisch leitenden Komponente der elektrischen Maschine 26 (z. B. das Statorblechpaket 30) in der Lage ist, die elektrische Maschine 26 kurzzuschließen und zu verhindern, dass die elektrische Maschine 26 ordnungsgemäß betrieben wird. Somit stellt der Schritt 106 des Verdichtens der Spulenwicklung 40 gegen die Zahnschutzvorrichtungen 56 des Schutzblechs 42 den ordnungsgemäßen Betrieb der elektrischen Maschine 26 durch Verhindern von Abbau der Spulenwicklung 40 sicher.
Der Schritt 102 des Koppelns des Schutzblechs 42 an eines des ersten und zweiten Statorendes 32, 34 des Statorblechpakets 30 kann das Anordnen des mindestens einen Aufnahmezapfens 64 mindestens teilweise in der mindestens einen Aufnahmenut 66 beinhalten, um das Schutzblech 42 relativ zu dem Statorblechpaket 30 zu positionieren. Der Schritt 102 des Koppelns des Schutzblechs 42 an eines des ersten und zweiten Statorendes 32, 34 durch Anordnen des mindestens einen Aufnahmezapfens 64 mindestens teilweise in der mindestens einen Aufnahmenut 66 kann dem Schritt 104 des Einführens der Spulenwicklung 40 in die Lücken 38, definiert durch die in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne 36 des Statorblechpakets 30, vorausgehen.
Die Erfindung wurde auf veranschaulichende Weise beschrieben und es soll verstanden werden, dass die verwendete Terminologie als beschreibende Worte und nicht als beschränkende Worte gedacht ist. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind möglich angesichts der obenstehenden Lehren und die Erfindung kann auf andere Weise als spezifisch beschrieben ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 63/106967 [0001]

Claims

Elektrische Maschine für einen elektrisch unterstützen Turbolader einschließlich einer Welle, wobei die elektrische Maschine Folgendes umfasst: einen Rotor, der sich entlang einer Achse erstreckt und konfiguriert ist, um an die Welle drehbar gekoppelt zu sein; ein Statorblechpaket, das von dem Rotor radial beabstandet ist, sodass der Rotor konfiguriert ist, um zwischen der Welle und dem Statorblechpaket radial angeordnet zu sein, wobei das Statorblechpaket Folgendes hat ein erstes Statorende; ein zweites Statorende, das von dem ersten Statorende beabstandet ist; und eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen, die sich zwischen dem ersten und zweiten Statorende radial in Bezug auf die Achse erstrecken, wobei die Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen Lücken dazwischen definieren; eine Spulenwicklung, die in den Lücken zwischen den in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen des Statorblechpakets angeordnet ist; und ein Schutzblech, das an einem des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets angeordnet ist, wobei sich das Schutzblech radial weg von der Achse erstreckt und eine Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen umfasst, die sich radial in Bezug auf die Achse erstrecken, wobei jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen mit einer der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets ausgerichtet ist, um die Spulenwicklung von der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets elektrisch zu isolieren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen eine U-Form aufweist.
Elektrische Maschine nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei jede der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen einen Schmierkanal definiert und wobei jeder der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets mit einem der Schmierkanäle der Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen ausgerichtet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Schutzblech eine flache Oberfläche darstellt, die weg von dem ersten und zweiten Statorende gewandt ist und sich entlang einer Ebene erstreckt, wobei die Spulenwicklung die flache Oberfläche des Schutzblechs berührt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Schutzblech eine gekrümmte Oberfläche darstellt, die weg von dem ersten und zweiten Statorende gewandt ist und eine konkave Ausnehmung definiert, und wobei die Spulenwicklung mindestens teilweise in der konkaven Ausnehmung, definiert durch die gekrümmte Oberfläche, angeordnet ist, um die Spulenwicklung von dem einen des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets elektrisch zu isolieren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei das Schutzblech eine äußerste Plattenoberfläche hat, die weg von der Achse gewandt ist, die sich axial weg von dem ersten und zweiten Statorende zu einem ersten Achsenpunkt erstreckt, und wobei sich die gekrümmte Oberfläche von dem ersten Achsenpunkt zu dem ersten und zweiten Statorende zu einem zweiten Achsenpunkt erstreckt, der axial zwischen dem ersten Achsenpunkt und dem Statorende angeordnet ist, an dem das Schutzblech angeordnet ist, und wobei optional sich die gekrümmte Oberfläche axial von dem ersten Achsenpunkt erstreckt und sich krümmt, um sich radial zu dem zweiten Achsenpunkt zu erstrecken.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei das Statorblechpaket eine äußerste Statoroberfläche aufweist, die weg von der Achse gewandt ist, wobei das Schutzblech eine äußerste Plattenoberfläche aufweist, die weg von der Achse gewandt ist, und wobei die äußerste Statoroberfläche und die äußerste Plattenoberfläche radial miteinander ausgerichtet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Schutzblech mindestens einen Aufnahmezapfen umfasst, der sich weg von der gekrümmten Oberfläche axial zu dem Statorende gegenüber dem Statorende, an dem das Schutzblech angeordnet ist, erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, wobei das Statorblechpaket mindestens eine Aufnahmenut definiert und wobei der mindestens eine Aufnahmezapfen mindestens teilweise in der mindestens einen Aufnahmenut angeordnet ist, um das Schutzblech relativ zu dem Statorblechpaket zu positionieren, wobei optional das Statorblechpaket eine äußerste Statoroberfläche aufweist, die weg von der Achse gewandt ist, und wobei optional die äußerste Statoroberfläche des Statorblechpakets mindestens teilweise die mindestens eine Aufnahmenut definiert.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1-9, wobei sich die Zähne des Statorblechpakets radial nach innen zu der Achse hin erstrecken und sich die Zahnschutzvorrichtungen des Statorblechpakets radial nach innen zu der Achse hin erstrecken.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das Schutzblech ferner als ein Schutzblech definiert ist, umfassend eine erste Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen, und wobei die elektrische Maschine ein zweites Schutzblech umfasst, das an dem anderen des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets angeordnet ist, wobei sich das zweite Schutzblech radial weg von der Achse erstreckt und eine zweite Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen umfasst, die sich radial in Bezug auf die Achse erstrecken, wobei jede der zweiten Vielzahl von Zahnschutzvorrichtungen mit einem der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets ausgerichtet ist, um die Spulenwicklung von der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets elektrisch zu isolieren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei mindestens ein Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen des ersten Schutzblechs und mindestens ein Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen des zweiten Schutzblechs in Kontakt miteinander sind, und wobei optional mindestens ein Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen und mindestens ein Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen zusammen in Eingriff bringbar sind, um die Spulenwicklung von dem Statorblechpaket elektrisch zu isolieren.
Elektrische Maschine nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Abschnitt der ersten Zahnschutzvorrichtungen und mindestens ein Abschnitt der zweiten Zahnschutzvorrichtungen einander axial überlagern, und wobei sich optional die ersten Zahnschutzvorrichtungen in Umfangsrichtung zwischen einer Steckkonfiguration und einer Aufnahmekonfiguration abwechseln, wobei sich optional die zweiten Zahnschutzvorrichtungen in Umfangsrichtung zwischen einer Aufnahmekonfiguration und einer Steckkonfiguration abwechseln, und wobei optional die Steck- und Aufnahmekonfigurationen der ersten und zweiten Zahnschutzvorrichtungen miteinander in Eingriff bringbar sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei das erste Schutzblech eine erste gekrümmte Oberfläche darstellt, die eine erste konkave Ausnehmung definiert, wobei das zweite Schutzblech eine zweite gekrümmte Oberfläche darstellt, die weg von dem ersten und zweiten Statorende gewandt ist und eine zweite konkave Ausnehmung definiert, und wobei die Spulenwicklung mindestens teilweise in der zweiten konkaven Ausnehmung, definiert durch die zweite gekrümmte Oberfläche, angeordnet ist, um die Spulenwicklung von dem anderen des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets elektrisch zu isolieren.
Elektrisch unterstützter Turbolader zum Zuführen von komprimierter Luft zu einem Verbrennungsmotor, wobei der elektrisch unterstützte Turbolader Folgendes umfasst: eine Welle, die sich entlang einer Achse zwischen einem ersten Wellenende und einem zweiten Wellenende, das von dem ersten Wellenende beabstandet ist, entlang der Achse erstreckt, wobei die Welle drehbar an den Rotor gekoppelt ist; ein Verdichterrad, das an das erste Wellenende der Welle gekoppelt ist; ein Turbinenrad, das an das zweite Wellenende der Welle gekoppelt ist; ein Gehäuse, das um die Welle angeordnet ist und einen und einen Gehäuseinnenraum definiert; und die elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die um die Welle in dem Gehäuseinnenraum des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Statorblechpaket von dem Rotor radial beabstandet ist, sodass der Rotor zwischen der Welle und dem Statorblechpaket radial angeordnet ist, wobei das Statorblechpaket das erste Statorende nahe dem Verdichterrad und das zweite Statorende nahe dem Turbinenrad hat.
Herstellungsverfahren für den elektrisch unterstützten Turbolader nach Anspruch 15, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Koppeln des Schutzblechs an eines des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets; Einführen der Spulenwicklung in die Lücken, definiert durch die in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne des Statorblechpakets; und Verdichten der Spulenwicklung gegen die Zahnschutzvorrichtungen des Schutzblechs, um die Spulenwicklung von der Vielzahl von Zähnen des Statorblechpakets elektrisch zu isolieren.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Statorblechpaket mindestens eine Aufnahmenut definiert und das Schutzblech mindestens einen Aufnahmezapfen beinhaltet, der sich weg von der gekrümmten Oberfläche axial zu dem anderen des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets hin erstreckt, wobei der Schritt des Koppelns des Schutzblechs an eines des ersten und zweiten Statorendes des Statorblechpakets Folgendes beinhaltet: Anordnen des mindestens einen Aufnahmezapfens mindestens teilweise in der mindestens einen Aufnahmenut, um das Schutzblech relativ zu dem Statorblechpaket zu positionieren.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Koppelns des Schutzblechs an eines des ersten und zweiten Statorendes, durch Anordnen des mindestens einen Aufnahmezapfens mindestens teilweise in der mindestens einen Aufnahmenut, dem Schritt des Einführens der Spulenwicklung in die Lücken, definiert durch die in Umfangsrichtung beabstandeten Zähne des Statorblechpakets, vorausgeht.