DE102021132998A1

DE102021132998A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102021132998A1
Application number: DE102021132998.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Riszczuk
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (100) aufweisend einen Statorkern (110), ein den Statorkern (110) umgebendes Ringelement und zwei Lagerschilde (130), wobei jeweils ein Lagerschild (131, 132) an einem axialen Ende des Statorkerns angeordnet ist, ferner aufweisend ein Drehmomentübertragungselement (150), wobei das Drehmomentübertragungselement (150) in einer Nut (111) in einer äußeren Oberfläche (112) des Statorkerns (110) angeordnet ist, wobei das Drehmomentübertragungselement (150) in radialer Richtung nicht über die äußere Oberfläche (112) des Statorkerns (110) hinausragt, wobei das Drehmomentübertragungselement (150) in axialer Richtung jeweils mit einem axialen Ende (151, 152) über den Statorkern (110) hinausragt, wobei das Drehmomentübertragungselement (150) mit diesen axialen Enden (151, 152) jeweils mit den Lagerschilden (131, 132) und/oder dem Ringelement in Eingriff steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator, mit einem den Stator umgebenden Ringelement und mit an den axialen Enden des Stators angeordneten Lagerschilden.
Hintergrund der Erfindung
Elektrische Maschinen, etwa zur Verwendung als Motor und Generator in (Kraft-) Fahrzeugen, weisen zumeist einen Stator aus einem Eisen-Blechpaket auf, der in ein Gehäuse, z.B. aus Aluminium, eingepresst sein kann. Dieses Gehäuse ist als ein Träger zum Tragen bzw. Befestigen des Stators vorgesehen und kann ferner dazu dienen, Drehmoment des Stators zu übertragen und Wärme von dem Stator nach außen abzuleiten.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die elektrische Maschine weist einen Statorkern als magnetisch wirkenden Kern auf, sowie ein den Statorkern in Umfangsrichtung umgebendes Ringelement bzw. Gehäuseelement. Dieses Ringelement ist insbesondere als ein Träger zum Tragen bzw. Befestigen des Statorkerns vorgesehen und kann ferner zur Kühlung bzw. zur Ableitung von Wärme des Statorkerns dienen. Ferner ist an den beiden axialen Enden des Statorkerns jeweils ein Lagerschild bzw. Endschild vorgesehen, welches jeweils einen Teil bzw. einen Deckel eines Gehäuses der elektrischen Maschine bildet.
Die vorliegende Erfindung schlägt die Verwendung eines Drehmomentübertragungselements vor, welches zur Übertragung eines Drehmoments von dem Statorkern auf die Lagerschilde vorgesehen ist.
Das Drehmomentübertragungselement ist in einer Nut in einer in radialer Richtung betrachtet äußeren Oberfläche des Statorkerns insbesondere formschlüssig angeordnet. Besonders zweckmäßig ist das Drehmomentübertragungselement formschlüssig in diese Nut eingebracht und somit formschlüssig mit dem Statorkern verbunden. Insbesondere entspricht eine Form eines innerhalb der Nut angeordneten Abschnitts des Drehmomentübertragungselements einer Form der Nut, zumindest im Wesentlichen.
In radialer Richtung ragt das Drehmomentübertragungselement nicht über die äußere Oberfläche des Statorkerns hinaus. In radialer Richtung betrachtet ist das Drehmomentübertragungselement zweckmäßigerweise also komplett innerhalb der Nut angeordnet. Eine äußere Oberfläche des Drehmomentübertragungselements ragt insbesondere nicht über die äußere Oberfläche des Statorkerns hinaus und schließt besonders zweckmäßig mit der äußeren Oberfläche des Statorkerns ab. Zweckmäßigerweise weist die äußere Oberfläche des Drehmomentübertragungselements denselben oder einen geringeren Abstand in radialer Richtung zu einer zentralen Achse des Statorkerns auf wie bzw. als die äußere Oberfläche des Statorkerns.
In axialer Richtung ragt das Drehmomentübertragungselement jeweils mit einem axialen Ende über den Statorkern bzw. über eine jeweilige axiale Seitenflächen bzw. Stirnfläche des Statorkerns hinaus. Somit ist das Drehmomentübertragungselement nicht vollständig innerhalb der Nut angeordnet, sondern ragt axial aus dieser hinaus. Besonders zweckmäßig ragen jedoch auch diese axialen Enden des Drehmomentübertragungselements in radialer Richtung betrachtet nicht über die äußere Oberfläche des Statorkerns hinaus. Auch die äußeren Oberflächen der axialen Enden des Drehmomentübertragungselements weisen zweckmäßigerweise jeweils denselben oder einen geringeren Abstand in radialer Richtung zu der zentralen Achse des Statorkerns auf wie bzw. als die äußere Oberfläche des Statorkerns.
Mit den axialen Enden steht das Drehmomentübertragungselement jeweils mit den Lagerschilden bzw. mit dem jeweiligen Lagerschild und/oder mit dem Ringelement insbesondere formschlüssig in Eingriff. Besonders zweckmäßig kann das Drehmomentübertragungselement mit diesen axialen Enden mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden, fixiert oder befestigt werden. Das Drehmomentübertragungselement kann besonders zweckmäßig mit seinen beiden axialen Enden jeweils in eines der Lagerschilde hinein ragen und mit diesen axialen Enden mit den Lagerschilden zweckmäßigerweise fest verbunden werden, insbesondere jeweils formschlüssig. Beispielsweise können die axialen Enden des Drehmomentübertragungselements, insbesondere formschlüssig, in einer Nut, Aussparung oder Aufnahme des jeweiligen Lagerschilds und/oder des Ringelements angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Lagerschilde und/oder das Ringelement jeweils Eingriffselemente bzw. Aufnahmeelemente aufweisen, welche mit den axialen Enden des Drehmomentübertragungselements bzw. mit speziellen Bereichen in diesen axialen Enden in Eingriff stehen bzw. mechanisch ineinander greifen oder formschlüssig verbunden sind.
Durch die formschlüssige Anordnung des Drehmomentübertragungselement in der Nut des Statorkerns und die formschlüssige Verbindung des Drehmomentübertragungselement mit den Lagerschilden bzw. dem Ringelement kann Drehmoment von dem Statorkern über das Drehmomentübertragungselement auf die Lagerschilde übertragen werden. Besonders zweckmäßig wird kein Drehmoment über das Ringelement übertragen. Das Ringelement kann zwar zum Befestigen oder Fixieren der axialen Enden des Drehmomentübertragungselements vorgesehen sein, jedoch wird Drehmoment über das Drehmomentübertragungselement besonders zweckmäßig nur an die Lagerschilde weitergegeben und nicht an das Ringelement. Von den Lagerschilden kann das Drehmoment beispielsweise auf Befestigungspunkte der elektrischen Maschine übertragen werden. In der elektrischen Maschine erfolgt somit eine Trennung zwischen Wärme- und Drehmomentübertragung. Wärme wird von dem Statorkern aus überwiegend, d.h. zu mehr als 50%, vorzugsweise zu mindestens 75% oder mindestens 90% über das Ringelement abgeleitet, wohingegen Drehmoment des Statorkerns überwiegend, d.h. zu mehr als 50%, vorzugsweise zu mindestens 75% oder mindestens 90% über das Drehmomentübertragungselement und die Lagerschilde abgeleitet wird.
In herkömmlichen elektrischen Maschinen wird Drehmoment von dem Statorkern hingegen oftmals über ein entsprechendes Ringelement bzw. Gehäuseelement übertragen und dann weiter auf Befestigungspunkte der Maschine.
Eine derartige herkömmliche Drehmomentübertragung kann beispielsweise durch einen Pressverband bzw. eine Presspassung zwischen Statorkern und Ringelement erfolgen. Eine derartige Übertragung des Drehmoments beruht auf der Reibung zwischen den sich berührenden Flächen des Statorkerns und des Ringelements. Diese Reibung ist wiederum abhängig von dem Druck, der durch die Presspassung erzeugt wird. Je höher das zu übertragende Drehmoment, desto höher ist der erforderliche Druck. Ein maximal zulässiger Druck und maximal zulässige Spannungen im Material des Statorkerns und des Ringelements sind durch eine Streckgrenze dieser Materialien begrenzt, um eine plastische Verformung zu verhindern. Darüber hinaus können sich die Spannungen in den Werkstoffen, insbesondere aufgrund des Schrumpfens, durch Temperaturschwankungen beispielsweise weiter erhöhen, wenn der Statorkern und das Ringelement aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt sind. Überschreiten derartige Spannungen die entsprechende Streckgrenze, kann dies zu Beschädigungen des Ringelements führen, beispielsweise zu plastischen Verformungen oder Rissen.
Ferner kann eine herkömmliche Drehmomentübertragung von dem Statorkern auf das Ringelement auch mit Hilfe von Laschen oder Vorsprüngen erfolgen, welche von der äußeren Oberfläche des Statorkerns radial nach außen ragen und in entsprechende Aufnahmen oder Aussparungen in der inneren Oberfläche des Ringelements eingreifen. Alternativ können auch derartige Laschen oder Vorsprüngen von der inneren Oberfläche des Ringelements radial nach innen ragen und in Aufnahmen oder Aussparungen in der äußeren Oberfläche des Statorkerns eingreifen. Ferner können auch zusätzliche Elemente wie Zapfen, Bolzen, Stifte oder Passfedern vorgesehen sein, welche jeweils in Aussparungen sowohl in der äußeren Oberfläche des Statorkerns als auch in der inneren Oberfläche des Ringelements eingreifen. Eine derartige Drehmomentübertragung erfordert jedoch entsprechende Konturen in der inneren Oberfläche des Ringelements. Bei einer Presspassung zwischen Ringelement und Statorkern können derartige Konturen jedoch Spannungskonzentrationen verursachen, welche die Streckgrenze des jeweiligen Werkstoffs überschreiten können und Beschädigungen des Ringelements verursachen können.
Ferner ist eine herkömmliche Drehmomentübertragung auch durch axiales Festklemmen des Statorkerns an einem der Lagerschilde möglich, etwa mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen, welche Lamellen des Statorkerns direkt in axialer Richtung beaufschlagen. Drehmoment kann dann zunächst in axialer Richtung von einer Lamelle auf die nächste und dann auf das Lagerschild übertragen werden, unter Ausnutzung der Reibung zwischen den Lamellen und zwischen der Endlamelle und dem Lagerschild. Bei einem derartigen axial eingespannten Lamellenpaket hängt die Übertragung des Drehmoments in axialer Richtung von der Reibung zwischen den Lamellen in dem Bereich um die Schrauben bzw. Bolzen ab. Wenn die Reibung nicht groß genug ist, werden die Schrauben bzw. Bolzen gebogen und verformt und das Lamellenpaket kann verdreht werden. Diese Verdrehung kann zu einer Beschädigung der Isolierung und der Integrität des Lamellenpakets führen. Die Klemmkraft der Schrauben bzw. Bolzen kann auch dazu führen, dass sich die Lamellen aus der Ebene verformen.
Im Gegensatz zu derartigen herkömmlichen Methoden erfolgt die Drehmomentübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht mit Hilfe von Reibung zwischen dem Statorkern und dem Ringelement, nicht mit Hilfe von Konturen der inneren Oberfläche des Ringelements und ferner nicht durch axiales Festklemmen des Statorkerns an den Lagerschilden, sondern besonders zweckmäßig durch formschlüssige Verbindung des Drehmomentübertragungselements jeweils mit dem Statorkern und mit den Lagerschilden. Insbesondere kann somit eine effektive Drehmomentübertragung gewährleistet werden, ohne dass es dabei zu materialgefährdenden mechanischen Spannungen und Beschädigungen des Ringelements und des Statorkerns kommt.
Die Reibung zwischen dem Statorkern und dem Ringelement kann mit dem Anpressdruck zwischen Statorkern und Ringelement variieren. Wenn beispielsweise der Statorkern und das Ringelement aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt sind, kann dies dazu führen, das der Anpressdruck und somit wiederum die Reibungskraft bei Temperaturänderungen variieren. Da die Drehmomentübertragung gemäß der Erfindung jedoch nicht von dieser Reibung abhängt, sondern insbesondere von Formschlüssen zwischen Statorkern, Drehmomentübertragungselement und Lagerschilden, kann die Übertragbarkeit des Drehmoments besonders zweckmäßig über einen großen Temperaturbereich gewährleistet werden.
Zweckmäßigerweise weist die innere Oberfläche des Ringelements, besonders zweckmäßig ein unmittelbar zu dem Statorkern benachbarter Teil dieser inneren Oberfläche, keine Konturen, Vertiefungen, Aussparungen oder Vorsprünge für die Übertragung von Drehmoment auf. Insbesondere kann somit das Auftreten von Spannungen in dem Ringelement aufgrund derartiger Konturen zur Drehmomentübertragung, welche eine Streckgrenze des Materials überschreiten könnten und zu einer Beschädigung des Ringelements führen könnten, z.B. durch plastische Verformung und Risse, verhindert werden. Besonders zweckmäßig kann somit eine Sicherheitsspanne zwischen den im Material des Ringelements auftretenden Spannungen und der Streckgrenze des Werkstoffs deutlich erhöht werden. Diese erhöhte Sicherheitsspanne ermöglicht insbesondere eine engere Presspassung, um eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu erreichen.
Ferner ist es für die Drehmomentübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere nicht nötig, den Statorkern axial an den Lagerschilden festzuklemmen. Verformen und Verdrehen des Lamellenpakets durch derartiges axiales Festklemmen, was zu einer Beschädigung der Isolierung und der Integrität des Lamellenpakets führen kann, kann besonders zweckmäßig verhindert werden.
Wenn in der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ein Drehmoment aufgebracht wird, drückt der Statorkern mit der entsprechenden Flanke der Nut gegen die entsprechende Fläche des Drehmomentübertragungselements. Das Drehmomentübertragungselement wirkt dann zweckmäßigerweise wie ein Balken, wobei der innerhalb der Nut angeordnete Abschnitt des Drehmomentübertragungselements einer gleichmäßig verteilten Belastung durch den Statorkern ausgesetzt ist und wobei das Drehmomentübertragungselements an den beiden axialen Enden durch die Reaktionskräfte der Lagerschilde gestützt wird.
Da die Drehmomentübertragung zweckmäßigerweise nicht von der Reibung zwischen Statorkern und Ringelement abhängt, können der Statorkern und das Ringelement jeweils aus individuell gewählten Werkstoffen gefertigt werden, beispielsweise mit individuellen Wärmeübertragungskoeffizienten. Beispielsweise kann das Drehmomentübertragungselement aus einem ähnlichen Material oder aus demselben Material gefertigt werden wie der Statorkern bzw. aus einem Material mit ähnlichen oder zumindest im Wesentlichen identischen Werkstoffeigenschaften wie der Statorkern. Besonders zweckmäßig weisen das Material des Statorkerns und des Drehmomentübertragungselements ähnliche oder zumindest im Wesentlichen identische Wärmeübertragungskoeffizienten auf.
Der Statorkern weist insbesondere ein Lamellenpaket aus einer Vielzahl von Lamellen auf. Zweckmäßigerweise kann der Statorkern ein Blechpaket aufweisen, insbesondere ein Eisen-Blechpaket. Insbesondere ist der Statorkern ring- bzw. zylinderförmig (oder zumindest im Wesentlichen ring-/zylinderförmig) ausgebildet. Der Statorkern kann insbesondere auf einer in radialer Richtung betrachtet inneren Oberfläche (d.h. auf der inneren Zylindermantelfläche) axial verlaufende Aussparungen bzw. Nuten aufweisen, die zur Aufnahme einer Statorwicklung vorgesehen sein können.
Auch das Ringelement ist zweckmäßigerweise (zumindest im Wesentlichen) ring- bzw. zylinderförmig ausgebildet. Insbesondere kann das Ringelement ein Teil eines Gehäuses der elektrischen Maschine sein oder selbst ein Gehäuse der elektrischen Maschine bilden. Zur Kühlung bzw. zur Ableitung von Wärme des Statorkerns können Kühlkanäle innerhalb des Ringelements vorgesehen sein, durch welche ein Kühlfluid geleitet werden kann. Ferner kann das Ringelement beispielsweise von einem zweiten Ringelement in Umfangsrichtung umgeben sein, wobei zwischen diesen beiden Ringelementen Kühlkanäle gebildet werden.
Zweckmäßigerweise sind der Statorkern und das Ringelement koaxial zueinander angeordnet. Der Statorkern und das Ringelement können einen (zylindrischen) Pressverband bilden bzw. durch eine (Radial-)Presspassung miteinander verbundenen sein. Zu diesem Zweck ist der Innendurchmesser des Ringelements kleiner ausgeführt als der Statorkern-Außendurchmesser. Durch dieses Übermaß können die beiden Teile mit einer Vorspannkraft gefügt werden.
Die Lagerschilde bilden insbesondere zusammen mit dem Ringelement das Gehäuse bzw. zumindest einen Teil des Gehäuses der elektrischen Maschine. Die Lagerschilde können beispielsweise zur Fixierung des Statorkerns in axialer Richtung dienen und sind ferner insbesondere zur Lagerung eines Rotors bzw. einer Rotorwelle der elektrischen Maschine vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Drehmomentübertragungselement mit den axialen Enden jeweils in einer Nut der Lagerschilde bzw. des jeweiligen Lagerschilds und/oder in einer Nut des Ringelements insbesondere formschlüssig angeordnet. Insbesondere ragt das Drehmomentübertragungselement mit den axialen Enden somit in diese Nuten der Lagerschilde und/oder des Ringelements hinein. Zweckmäßigerweise entsprechen die Formen der axialen Enden und dieser Nuten einander, zumindest im Wesentlichen. Diese Nuten verlaufen zweckmäßigerweise jeweils in axialer Richtung bzw. eine Haupterstreckungsrichtung dieser Nuten verläuft in axialer Richtung.
Vorzugsweise ragt das Ringelement in axialer Richtung mit mindestens einem axialen Bereich über den Statorkern bzw. über eine entsprechende axiale Seitenfläche des Statorkerns hinaus. Vorzugsweise verläuft die Nut des Ringelements in diesem wenigstens einen axialen Bereich. Die Nut ist in diesem axialen Bereich insbesondere in einem vorgegebenen axialen Abstand zu dem Statorkern vorgesehen bzw. zu der Öffnung des Ringelements, innerhalb welcher der Statorkern angeordnet ist. Auf diese Weise können Spannungskonzentrationen vermieden werden, insbesondere in den Ecken der Nuten, welche durch die Presspassung zwischen Ringelement und Statorkern entstehen können. Insbesondere ist diese Nut des Ringelements somit in einem Bereich vorgesehen, welcher nicht in radialer Richtung betrachtet unmittelbar benachbart zu dem Statorkern ist (sondern axial daneben). Dieser radial unmittelbar benachbarte Teil des Ringelements kann daher zweckmäßigerweise ohne Nuten oder andere Konturen ausgebildet sein, um Spannungen zu vermeiden.
Bevorzugt weist das Ringelement in dem mindestens einen axialen Bereich einen ringförmigen Wulst oder Absatz auf, in welchem die Nut des Ringelements gebildet ist. Zweckmäßigerweise ist ein innerer Radius dieses Wulstes geringer als ein Radius der äußeren Oberfläche des Statorkerns. Der Wulst liegt in axialer Richtung betrachtet insbesondere unmittelbar benachbart zu dem Statorkern bzw. zu der jeweiligen axialen Seitenfläche des Statorkerns. Besonders zweckmäßig ist die Nut in diesem Wulst derart gebildet, dass eine in radialer Richtung betrachtete Oberfläche der Nut in gleichem radialen Abstand zu der zentralen Achse des Statorkerns verläuft wie die äußere Oberfläche des Statorkerns. Beispielsweise kann der Wulst als ein Anschlag für den Statorkern dienen. Zur Montage kann der Statorkern beispielsweise von einem dem axialen Bereich gegenüberliegenden Ende des Ringelements aus eingeschoben werden. Der Wulst kann beispielsweise gebildet werden, indem zusätzliches Material auf die innere Oberfläche des Ringelements aufgebracht wird. Ferner kann das Ringelement auch einstückig mit dem Wulst gefertigt werden.
Vorteilhafterweise weisen die axialen Enden des Drehmomentübertragungselements jeweils wenigstens eine Aussparung auf. Beispielsweise können diese Aussparungen jeweils als eine Vertiefung, Einbuchtung, Bohrung, Loch, Langloch usw. ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Aussparung als ein Langloch vorgesehen sein, welches von der axialen Seitenfläche des jeweiligen axialen Endes axial nach innen in Richtung des Zentrums des Drehmomentübertragungselements verläuft. Besonders zweckmäßig sind diese Aussparungen zur formschlüssigen Verbindung des Drehmomentübertragungselements mit den Lagerschilden und/oder dem Ringelement vorgesehen.
Vorteilhafterweise weisen die Lagerschilde bzw. das jeweilige Lagerschild und/oder das Ringelement jeweils wenigstens einen Vorsprung bzw. wenigstens eine Ausbuchtung auf, welcher bzw. welche jeweils in eine der Aussparungen des Drehmomentübertragungselements insbesondere formschlüssig eingreift. Insbesondere sind diese Vorsprünge jeweils in der entsprechenden Nut vorgesehen, welche zur Aufnahme des jeweiligen axialen Ende des Drehmomentübertragungselements dient. Zweckmäßigerweise entsprechen die Formen dieser Vorsprünge und der entsprechenden Aussparungen einander, zumindest im Wesentlichen. Diese Vorsprünge sind jeweils als Eingriffselemente bzw. Aufnahmeelemente vorgesehen, welche innerhalb der Aussparungen des Drehmomentübertragungselements angeordnet sind bzw. welche in diese Aussparungen hineinragen. Entsprechende Vorsprünge des Ringelements sind zweckmäßigerweise in dem axialen Bereich vorgesehen, welcher in axialer Richtung über den Statorkern hinausragt.
Vorzugsweise ist das Drehmomentübertragungselement oder zumindest ein innerhalb der Nut des Statorkerns angeordneter Abschnitt des Drehmomentübertragungselements quaderförmig bzw. balkenförmig oder zumindest im Wesentlichen quaderförmig bzw. balkenförmig ausgebildet. Besonders zweckmäßig ist das Drehmomentübertragungselement als eine Passfeder ausgebildet. Insbesondere kann eine Krümmung der äußeren Oberfläche des Drehmomentübertragungselements, zumindest in diesem Abschnitt, einer Krümmung der äußeren Oberfläche des Statorkerns entsprechen, zumindest im Wesentlichen. Mit dem in der Nut angeordneten Drehmomentübertragungselement ist die Außenseite des Statorkerns insbesondere glatt oder zumindest im Wesentlichen glatt ausgebildet und weist zweckmäßigerweise keine Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten auf, insbesondere keine Konturen, Aussparungen, Vertiefungen, Vorsprünge oder Erhebungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung verjüngen sich die axialen Enden des Drehmomentübertragungselements jeweils von dem Statorkern ausgehend in axialer Richtung zumindest teilweise bzw. zumindest abschnittsweise. Alternativ oder zusätzlich weist das Drehmomentübertragungselement in seinen axialen Enden bevorzugt jeweils eine oder mehrere Stufen auf. Die in Umfangsrichtung betrachtete Breite des Drehmomentübertragungselements kann sich in den axialen Bereichen dementsprechend jeweils stetig bzw. kontinuierlich oder auch schrittweise bzw. stufenartig verjüngen. Zweckmäßigerweise ist das Drehmomentübertragungselement mit diesen sich verjüngenden Abschnitten in entsprechenden Nuten der Lagerschilde und/oder des Ringelements formschlüssig angeordnet. Insbesondere ist der innerhalb der Nut des Statorkerns angeordnete Abschnitt des Drehmomentübertragungselements in Umfangsrichtung betrachtet breiter als die axialen Enden. Ein derartiger breiterer Mittelteil verleiht dem Drehmomentübertragungselement zweckmäßigerweise eine höhere Steifigkeit und verringert Bewegungen und Verformungen des Statorkerns. Durch die sich verjüngenden, schmaleren axialen Enden können insbesondere Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen dem Drehmomentübertragungselement und den Lagerschilden verringert werden, beispielsweise wenn diese Elemente aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind. Insbesondere weist das Drehmomentübertragungselement auch in diesen sich verjüngenden Abschnitten stets eine glatte Kontur auf, um mechanische Spannungen zu vermeiden, die aus starken Formänderungen resultieren könnten.
Vorteilhafterweise ist eine in radialer Richtung betrachtet innere Oberfläche des Ringelements oder zumindest ein der äußeren Oberfläche des Statorkerns insbesondere unmittelbar gegenüberliegender Bereich dieser inneren Oberfläche des Ringelements glatt oder zumindest im Wesentlichen glatt ausgebildet. Besonders zweckmäßig weist zumindest dieser Teil der inneren Oberfläche keine Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten auf, insbesondere keine Nuten, Konturen, Aussparungen, Vertiefungen, Vorsprünge oder Erhebungen. Insbesondere ist die innere Oberfläche bzw. der entsprechende Teil der inneren Oberfläche gleichmäßig gekrümmt oder gleichmäßig gewölbt, insbesondere kreisförmig, ellipsenförmig oder zylinderförmig. Dieser Teil der inneren Oberfläche entspricht insbesondere einer (Kontakt-) Fläche, mit welcher das Ringelement den Statorkern kontaktiert und über welche das Ringelement mit dem Statorkern verbunden ist, beispielsweise mittels einer Presspassung. Zumindest dieser Teil der inneren Oberfläche ist zweckmäßigerweise glatt und ohne Konturen ausgebildet, welche Spannungen in dem Material des Ringelements erzeugen könnten. Durch eine derartige glatte innere Oberfläche kann besonders zweckmäßig das Auftreten mechanischer Spannungen in dem Ringelement verhindert werden, welche eine Streckgrenze des Materials überschreiten könnten und zu einer Beschädigung des Ringelements z.B. durch plastische Verformung und Risse führen könnten. Auf diese Weise kann eine Differenz bzw. eine (Sicherheits-) Spanne zwischen den maximalen in dem Ringelement auftretenden Spannungen und der Streckgrenze des Werkstoffs des Ringelements erhöht werden. Beispielsweise kann das Ringelement mit dem Statorkern daher mit einer engeren Presspassung mit erhöhtem Druck verbunden werden, beispielsweise um eine höhere Wärmeleitfähigkeit zu erreichen und um Wärme des Statorkerns effektiver ableiten zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die äußere Oberfläche des Statorkerns zylinderförmig oder zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Insbesondere kann auch eine in radialer Richtung betrachtet innere Oberfläche des Statorkerns zylinderförmig oder zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein. Ein Radius dieser Zylinderform der äußeren Oberfläche des Statorkerns ist bevorzugt in Abhängigkeit von Anforderungen an eine Drehmomentübertragung von dem Statorkern auf die Lagerschilde vorgegeben. Besonders zweckmäßig ist der Radius abhängig von einer Höhe des Drehmomentübertragungselements vorgegeben.
Eine Oberfläche der Nut in der äußeren Oberfläche des Statorkerns liegt vorzugsweise auf einem Zylinder, dessen Radius in Abhängigkeit von elektromagnetischen Anforderungen an den Statorkern vorgegeben ist. Entlang der Oberfläche verläuft in dem Statorkern besonders zweckmäßig ein zum Betrieb der elektrischen Maschine erforderlicher elektromagnetischer Fluss durch die Lamellen des Statorkerns. Die Oberfläche der Nut bzw. der Radius dieses Zylinders, auf welchem die Oberfläche der Nut liegt, wird zweckmäßigerweise derart gewählt, dass der benötigte elektromagnetische Fluss durch die Lamellen des Statorkerns gewährleistet und nicht eingeschränkt wird. Die Nut kann zweckmäßigerweise in zusätzlichem bzw. elektromagnetisch überflüssigem Material erzeugt werden. Zu diesem Zweck wird der Radius der Zylinderform der äußeren Oberfläche des Statorkerns entsprechend so groß gewählt, dass die Differenz dieses Radius und des Radius des elektromagnetisch erforderlichen Zylinders, auf welchem die Oberfläche der Nut liegt, der Höhe des Drehmomentübertragungselements entspricht. Der Radius der äußeren Oberfläche des Statorkerns ist daher zweckmäßigerweise größer als elektromagnetisch erforderlich, so dass die Nut gebildet werden kann, um darin das Drehmomentübertragungselement formschlüssig anzuordnen.
Alternativ kann die äußere Oberfläche des Statorkerns gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung auch die Form eines elliptischen Zylinders oder zumindest im Wesentlichen die Form eines elliptischen Zylinders haben. Die in radialer Richtung betrachtet innere Oberfläche des Statorkerns kann hingegen zweckmäßigerweise (kreis-)zylinderförmig oder zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein. In dem Material zwischen dem elliptischen Zylinder und dem (Kreis-)Zylinder kann dann die Nut gebildet werden, ohne sich elektromagnetisch negativ auszuwirken.
Eine Oberfläche der Nut in der äußeren Oberfläche des Statorkerns liegt vorzugsweise auf einem Zylinder, dessen Radius der kleinen Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche des Statorkerns entspricht. Insbesondere entspricht ein Mittelpunkt dieses Zylinders einem Mittelpunkt der Ellipsenform der äußeren Oberfläche des Statorkerns. Insbesondere kann dieser (Kreis-) Zylinder ferner konzentrisch zu der (Kreis-) Zylinderform der inneren Oberfläche des Statorkerns angeordnet sein.
Die Nut kann auf diese Weise materialsparend erzeugt werden. Insbesondere wird dabei nicht auf dem gesamten Umfang eines zylinderförmigen Statorkerns zusätzlich Material aufgebracht, um die Nut zu bilden. Die Nut kann durch das zusätzliches Material im Bereich um die Hauptscheitelpunkte der Ellipsenform im Vergleich zu den Nebenscheitelpunkten gebildet werden.
Die kleine Halbachse der Ellipsenform kann beispielsweise einem mindestens erforderlichen Radius des Statorkerns entsprechen. Die große Halbachse der Ellipsenform kann zweckmäßigerweise derart gewählt werden, dass die Nut gebildet werden kann, um das Drehmomentübertragungselement darin aufnehmen zu können.
Bevorzugt ist die kleine Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche des Statorkerns in Abhängigkeit von elektromagnetischen Anforderungen an den Statorkern vorgegeben. Innerhalb des Zylinders, dessen Radius der kleinen Halbachse der Ellipsenform entspricht, erfolgt in dem Statorkern zweckmäßigerweise der zum Betrieb der elektrischen Maschine erforderliche elektromagnetische Fluss durch die Lamellen des Statorkerns. Die kleine Halbachse wird insbesondere derart gewählt, dass der benötigte elektromagnetische Fluss durch die Lamellen des Statorkerns gewährleistet und nicht eingeschränkt wird.
Bevorzugt ist die große Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche des Statorkerns in Abhängigkeit von Anforderungen an eine Drehmomentübertragung von dem Statorkern auf die Lagerschilde vorgegeben, insbesondere abhängig von einer Höhe des Drehmomentübertragungselements. Zweckmäßigerweise entspricht die Differenz der großen Halbachse und der kleinen Halbachse der Höhe des Drehmomentübertragungselements.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die elektrische Maschine eine Vielzahl von Drehmomentübertragungselementen gemäß den obigen Erläuterungen auf. Besonders bevorzugt sind diese Drehmomentübertragungselemente jeweils in Umfangsrichtung betrachtet in regelmäßigen Abständen über die äußere Oberfläche des Statorkerns verteilt angeordnet. Die äußere Oberfläche des Statorkerns weist zu diesem Zweck eine Vielzahl von entsprechenden Nuten auf. Die Anzahl und genaue Position der Drehmomentübertragungselemente kann zweckmäßigerweise derart gewählt werden, um eine bestmögliche Übertragung der auftretenden Drehmomente von dem Statorkern an die Lagerschilde zu ermöglichen. Bei einem Stator mit Ellipsenform, dessen äußere Oberfläche in Form eines elliptischen Zylinders ausgebildet ist, sind besonders zweckmäßig zwei gegenüberliegende Drehmomentübertragungselemente in den Bereichen um die Hauptscheitelpunkte der Ellipsenform vorgesehen.
Die elektrische Maschine kann besonders zweckmäßig in einem (Kraft-) Fahrzeug Anwendung finden, beispielsweise als Motor und/oder Generator. Insbesondere ist die elektrische Maschine im Rahmen der Hybridisierung und Elektrifizierung von Fahrzeugen einsetzbar.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
2 zeigt schematisch Ausschnitte von Teilen einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
3 zeigt schematisch einen Ausschnitt von Teilen einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
4 zeigt schematisch einen Ausschnitt von Teilen einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
5 zeigt schematisch einen Ausschnitt von Teilen einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
6 zeigt schematisch einen Ausschnitt von Teilen einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
7 zeigt schematisch einen Ausschnitt von Teilen einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1a ist eine elektrische Maschine gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Längsschnittansicht dargestellt und mit 100 bezeichnet.
Wie in 1a gezeigt ist, umfasst die elektrische Maschine 100 einen Statorkern 110, welcher ein Lamellenpaket aus einer Vielzahl von Lamellen aufweisen kann, und ein den Statorkern 110 umgebendes, umhüllendes bzw. umringendes Träger-, Gehäuse- oder Ringelement 120. An den axialen Enden des Statorkerns 110 sind ferner Lagerschilde 130 angeordnet, wobei ein erstes Lagerschild 131 an einem ersten axialen Endes des Statorkerns 110 angeordnet ist und ein zweites Lagerschild 132 an einem zweiten axialen Ende des Statorkerns 110.
Der Statorkern 110 kann beispielsweise aus Eisen gefertigt sein, das Ringelement 120 und die Lagerschilde 130 jeweils beispielsweise aus Aluminium. Beispielsweise können der Statorkern 110 und das Ringelement 120 einen zylindrischen Pressverband bilden.
Die elektrische Maschine 100 umfasst ferner einen Rotor 140, welcher wiederum eine Rotorwelle 141 und einen auf dieser Rotorwelle 141 angeordneten Rotorkern 142 aufweist. Dieser Rotorkern 142 umfasst beispielsweise elektromagnetisch wirkende Komponenten des Rotors 140, wie etwa Permanentmagnete und/oder eine Erregerwicklung. Der Rotor 140 ist in den Lagerschilden 130 drehbar gelagert.
Das Ringelement 120 ist insbesondere zum Tragen bzw. Befestigen des Statorkerns 110 vorgesehen. Das Ringelement 120 und die Lagerschilde 130 bilden zusammen insbesondere ein Gehäuse der elektrischen Maschine 100 oder zumindest einen Teil eines derartigen Gehäuses.
Das Ringelement 120 ist ferner dazu vorgesehen, Wärme des Statorkerns 110 nach außen abzuleiten. Zu diesem Zweck kann das Ringelement 120 beispielsweise Kühlkanäle zur Leitung eines Kühlfluids umfassen.
Um ein Drehmoment von dem Statorkern 110 über die Lagerschilde 130 nach außen zu übertragen, ist wenigstens ein Drehmomentübertragungselement 150 vorgesehen, wie nachfolgend in Bezug auf die 1 b und 1c erläutert wird.
1b zeigt die elektrische Maschine 100 in einer schematischen perspektivischen Ansicht und 1c in einer schematischen, perspektivischen Schnittansicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Ringelement 120 in den 1 b und 1c nicht dargestellt.
Wie in den 1b und 1c gezeigt ist, ist das Drehmomentübertragungselement 150 in einer Nut 111 in einer in radialer Richtung betrachtet äußeren Oberfläche 112 des Statorkerns 110 formschlüssig angeordnet. Das Drehmomentübertragungselement 150 ragt in radialer Richtung nicht über die äußere Oberfläche 112 des Statorkerns 110 hinaus. In axialer Richtung hingegen ragt das Drehmomentübertragungselement 150 jeweils mit einem axialen Ende 151 bzw. 152 über den Statorkern 110 bzw. über axiale Seitenflächen des Statorkerns 110 hinaus. Mit diesen axialen Enden 151, 152 steht das Drehmomentübertragungselement 150 jeweils mit den Lagerschilden 130 formschlüssig in Eingriff.
Zu diesem Zweck ist das axiale Ende 151 in einer Nut 133 in dem ersten Lagerschild 131 formschlüssig angeordnet und das axiale Ende 152 in einer Nut 134 in dem zweiten in dem Lagerschild 132. Wie in den 1 b und 1c gezeigt, können sich die axialen Enden 151, 152 des Drehmomentübertragungselements 150 jeweils von dem Statorkern 110 ausgehend in axialer Richtung zumindest abschnittsweise verjüngen bzw. eine Stufe aufweisen.
Durch die formschlüssige Verbindung des Drehmomentübertragungselements 150 mit dem Statorkern 110 und den Lagerschilden 130 kann ein Drehmoment von dem Statorkern 110 über das Drehmomentübertragungselement 150 an die Lagerschilde 130 übertragen werden und von diesen wiederum an Befestigungspunkte der elektrischen Maschine 100.
Das Drehmomentübertragungselement 150 ist derart in der Nut 111 des Statorkerns angeordnet, dass eine äußere Oberfläche des Drehmomentübertragungselements 150 von einer zentralen Achse des Statorkerns 110 denselben Abstand aufweist wie die äußere Oberfläche 112 des Statorkerns 110.
Mit dem in der Nut 111 angeordneten Drehmomentübertragungselement 150 ist die Außenseite des Statorkerns 100 insbesondere glatt oder zumindest im Wesentlichen glatt ausgebildet und weist keine Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten auf, insbesondere keine Konturen, Aussparungen, Vertiefungen, Vorsprünge oder Erhebungen. Ferner ist auch zumindest ein der äußeren Oberfläche 112 des Statorkerns 110 unmittelbar gegenüberliegender Bereich der in radialer Richtung betrachtet inneren Oberfläche des Ringelements 120 glatt oder zumindest im Wesentlichen glatt ausgebildet und weist keine Unebenheiten oder Unregelmäßigkeiten auf, insbesondere keine Nuten, Konturen, Aussparungen, Vertiefungen, Vorsprünge oder Erhebungen. Die innere Oberfläche des Ringelements 120 weist daher keine Konturen auf, welche Spannungen in dem Werkstoff des Ringelements 120 erzeugen könnten und zu Beschädigungen des Ringelements 120 führen könnten.
In den 2a bis 2d ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine schematisch dargestellt und mit 200 bezeichnet. Die 2a bis 2c zeigen jeweils Ausschnitte von Teilen der elektrischen Maschine 200 in einer perspektivischen Ansicht. 2d zeigt einen Ausschnitt von Teilen der elektrischen Maschine 200 in einer schematischen Draufsicht.
Wie auch die elektrische Maschine 100 aus 1 umfasst die elektrische Maschine 200 der 2 einen Statorkern 210, ein Ringelement 220 und Lagerschilder 230, wobei eine erstes Lageschild 231 an einem ersten axialen Ende des Statorkerns 210 angeordnet ist. In einer Nut 211 in der äußeren Oberfläche 212 des Statorkerns 210 ist ein Drehmomentübertragungselement 250 angeordnet, welches in radialer Richtung nicht über die äußere Oberfläche 212 des Statorkerns 210 hinausragt und wobei axiale Enden 251, 252 des Drehmomentübertragungselements 250 in axialer Richtung über den Statorkern 210 bzw. über axiale Seitenflächen des Statorkerns 210 hinausragen. Das in den 2a bis 2d gezeigte Drehmomentübertragungselement 250 ist beispielsweise durchgehend quader- bzw. balkenförmig ausgebildet, wobei sich die axiale Enden 251, 252 beispielsweise nicht verjüngen, aber abgerundete Ecken haben.
Wie in 2c und 2d gezeigt, ist beispielsweise das erste axiale Ende 251 des Drehmomentübertragungselements 250 in einer Nut 233 des ersten Lagerschilds 231 angeordnet. Beispielsweise kann das Lagerschild 231 einen in das Ringelement 220 hineingeschobenen bzw. hineinragenden Ring 235 aufweisen, in welchem die Nut 233 vorgesehen ist.
Wie in den 2b, 2c und 2d gezeigt, ist beispielsweise das zweite axiale Ende 252 des Drehmomentübertragungselements 250 in einer Nut 223 des Ringelements 220 angeordnet.
Das Ringelement 220 ragt in axialer Richtung beispielsweise mit einem axialen Bereich 221 über den Statorkern 210 bzw. über eine entsprechende axiale Seitenfläche 215 des Stators 210 hinaus. In diesem axialen Bereich 221 weist das Ringelement 220 einen ringförmigen Wulst oder Absatz 222 auf, welcher in axialer Richtung betrachtet benachbart zu der axialen Seitenfläche 215 des Stators 210 verläuft und in welchem die Nut 223 vorgesehen ist.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt von Teilen einer elektrischen Maschine 300 gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Entsprechend zu den obigen Erläuterungen weist auch die elektrische Maschine 300 eine Statorkern 310 und Lagerschilde 330 auf, wobei ein erstes Lageschild 331 an einem ersten axialen Ende und ein zweites Lagerschild 332 an einem zweiten axialen Ende des Statorkerns 310 angeordnet ist. In einer Nut 311 der äußeren Oberfläche 312 des Statorkerns ist ein beispielsweise balkenförmiges Drehmomentübertragungselement 350 angeordnet. Die elektrische Maschine 300 weist ferner ein den Statorkern 310 umgebenes Ringelement auf, welches aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Das erste Lageschild 331 weist Vorsprünge 333 auf, um ein über den Statorkern 310 in axialer Richtung hinausragenden erstes axiale Ende 351 des Drehmomentübertragungselements 350 formschlüssig aufzunehmen. Entsprechend weist das zweite Lageschild 332 Vorsprünge 334 auf, um ein über den Statorkern 310 in axialer Richtung hinausragenden zweites axiale Ende 352 des Drehmomentübertragungselements 350 formschlüssig aufzunehmen.
In 4 ist ein Ausschnitt von Teilen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 400 in einer schematischen Draufsicht dargestellt. 4 zeigt ein in einer Nut 411 einer äußeren Oberfläche 412 eines Statorkerns 410 angeordnetes Drehmomentübertragungselement 450. Es versteht sich, dass die elektrische Maschine 400 noch weitere Element aufweist, insbesondere ein Ringelement und Lagerschilde, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
Die über den Statorkern 410 hinausragenden axialen Enden 451, 452 des Drehmomentübertragungselements 450 weisen jeweils eine das Drehmomentübertragungselement 450 in radialer Richtung durchdringende Aussparung 453, 454 auf, z.B. in Form eines Lochs bzw. einer Bohrung. Beispielsweise können die an den axialen Enden des Statorkerns 410 angeordneten Lagerschilde jeweils einen Vorsprung bzw. Zapfen aufweisen, welcher formschlüssig in diese Aussparungen 453, 454 eingreift.
5 zeigt einen Ausschnitt von Teilen einer elektrischen Maschine 500 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer schematischen Draufsicht. Entsprechend zu 4 zeigt auch 5 ein in einer Nut 511 einer äußeren Oberfläche 512 eins Statorkerns 510 angeordnetes Drehmomentübertragungselement 550. Auch die elektrische Maschine 500 weist weitere Element auf, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind, insbesondere ein Ringelement und Lagerschilde.
Die über den Statorkern 510 hinausragenden axialen Enden 551, 552 des Drehmomentübertragungselements 550 weisen jeweils eine in axialer Richtung offene Aussparung 553, 554 auf, die zugleich auch das Drehmomentübertragungselement 550 in radialer Richtung durchdringt, z.B. jeweils in Form einer von der axialen Seitenfläche in Richtung des Zentrums des Drehmomentübertragungselements 550 verlaufenden Einbuchtung bzw. eines offenen Langlochs. Beispielsweise weisen die an den axialen Enden des Statorkerns 510 angeordneten Lagerschilde jeweils einen entsprechenden Vorsprung auf, welcher jeweils formschlüssig in diese Einbuchtungen 553, 554 eingreift.
6 zeigt einen Teil einer bevorzugten Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 600 in einer schematischen Querschnittsansicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 6 nur der Statorkern 610 der elektrischen Maschine 600 gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass die elektrische Maschine 600 weitere Elemente aufweist, insbesondere Lagerschilde, ein Ringelement und wenigstens ein Drehmomentübertragungselement.
Wie in 6 gezeigt ist, ist die äußere Oberfläche 612 des Statorkerns 610 in Form eines elliptischen Zylinders ausgebildet. Eine innere Oberfläche 613 des Statorkerns 610 ist beispielsweise zylinderförmig (d.h. kreiszylinderförmig) ausgebildet. In der äußeren Oberfläche 612 des Statorkerns 610 ist in den Bereichen um die Hauptscheitelpunkte der Ellipsenform herum jeweils eine Nut 611 vorgesehen, wobei diese beiden Nuten 611 jeweils zur Aufnahme eines Drehmomentübertragungselements dienen. Eine Oberfläche 614 dieser Nuten 611 liegt jeweils auf einem Kreis bzw. Zylinder 615, dessen Radius der kleinen Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche 612 des Statorkerns 610 entspricht. Zum Vergleich ist in ferner ein Kreis 616 dargestellt, dessen Radius der großen Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche 612 des Statorkerns 610 entspricht. Die Kreise 615 und 616 sowie die Zylinderform der inneren Oberfläche 613 des Statorkerns 613 sind konzentrisch angeordnet, wobei ein Zentrum dieser Kreise einem Mittelpunkt der Ellipsenform der äußeren Oberfläche 612 des Statorkerns 610 entspricht.
Die kleine Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche 612 des Statorkerns 610 wird in Abhängigkeit von elektromagnetischen Anforderungen an den Statorkern 610 vorgegeben. Innerhalb des Zylinders 615, dessen Radius der kleinen Halbachse der Ellipsenform entspricht, verläuft in dem Statorkern 610 beispielsweise der zum Betrieb der elektrischen Maschine 600 erforderliche elektromagnetische Fluss. Die große Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche 612 des Statorkerns 610 wird in Abhängigkeit von Anforderungen an die Drehmomentübertragung vorgegeben, insbesondere abhängig von der Höhe des aufzunehmenden Drehmomentübertragungselements. Die Differenz der gro-ßen Halbachse und der kleinen Halbachse der Ellipsenform entspricht der Höhe der Nuten 611 und ferner insbesondere der Höhe des aufzunehmenden Drehmomentübertragungselements.
7 zeigt einen Teil einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung einer elektrischen Maschine 700 in einer schematischen Draufsicht. In 7 ist ein Ausschnitt des Statorkerns 710 der elektrischen Maschine 700 sowie der Lagerschilde 730 gezeigt. Ferner ist das Drehmomentübertragungselement 750 gezeigt, welches formschlüssig in der Nut 711 in der äußeren Oberfläche 712 des Statorkerns angeordnet ist. Die über den Statorkern 710 in axialer Richtung hinausragenden Enden 751, 752 des Drehmomentübertragungselements 750 sind jeweils in Nuten 733, 734 der beiden Lagerschilde 731, 732 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind weitere Elemente der elektrischen Maschine in 7 nicht dargestellt.
Ferner ist in 7 die Übertragung von Drehmoment 760 von dem Statorkern 710 über das Drehmomentübertragungselement 750 an die Lagerschilde 730 schematisch angedeutet. Wenn in der elektrischen Maschine 700 Drehmoment 760 aufgebracht wird, drückt der Statorkern 710 mit der entsprechenden Flanke der Nut 711 gegen die entsprechende Fläche des Drehmomentübertragungselements 750. Das Drehmomentübertragungselement 750 wirkt dann wie ein Balken, wobei der innerhalb der Nut 711 angeordnete Abschnitt des Drehmomentübertragungselements 750 einer gleichmäßig verteilten Belastung durch den Statorkern 710 ausgesetzt ist und wobei das Drehmomentübertragungselements 750 an den beiden axialen Enden 751, 752 durch die Reaktionskräfte 770 der Lagerschilde 731, 732 gestützt wird.

Claims

Elektrische Maschine (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) aufweisend einen Statorkern (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710), ein den Statorkern (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710) umgebendes Ringelement (120, 220) und zwei Lagerschilde (130, 230, 340, 730), wobei jeweils ein Lagerschild (131, 132, 231, 341, 342, 731, 732) an einem axialen Ende des Statorkerns angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein Drehmomentübertragungselement (150, 250, 350, 450, 550, 750), das in einer Nut (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711) in einer äußeren Oberfläche (112, 212, 312, 412, 512, 612, 712) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710) angeordnet ist, das in radialer Richtung nicht über die äußere Oberfläche (112, 212, 312, 412, 512, 612, 712) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710) hinausragt, das in axialer Richtung jeweils mit einem axialen Ende (151, 152, 251, 252, 351, 352, 451, 452, 551, 552, 751, 752) über den Statorkern (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710) hinausragt, und das mit diesen axialen Enden (151, 152, 251, 252, 351, 352, 451, 452, 551, 552, 751, 752) jeweils mit den Lagerschilden (131, 132, 231, 341, 342, 731, 732) und/oder dem Ringelement (120, 220) in Eingriff steht.
Elektrische Maschine (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) nach Anspruch 1, wobei das Drehmomentübertragungselement (150, 250, 350, 450, 550, 750) mit den axialen Enden (151, 152, 251, 252, 351, 352, 451, 452, 551, 552, 751, 752) jeweils in einer Nut der Lagerschilde (131, 132, 231, 341, 342, 731, 732) und/oder des Ringelements (120, 220) angeordnet ist.
Elektrische Maschinen (200) nach Anspruch 2, wobei das Ringelement (220) in axialer Richtung mit mindestens einem axialen Bereich (221) über den Statorkern (210) hinausragt und wobei die Nut (223) des Ringelements (220) in diesem mindestens einen axialen Bereich (221) verläuft.
Elektrische Maschine (200) nach Anspruch 3, wobei das Ringelement (220) in dem mindestens einen axialen Bereich (221) einen ringförmigen Wulst (222) aufweist, in welchem die Nut (223) des Ringelements (220) ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (400, 500) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die axialen Enden (451, 452, 551, 552) des Drehmomentübertragungselements (450, 550) jeweils wenigstens eine Aussparung (453, 454, 553, 554) aufweisen.
Elektrische Maschine (400, 500) nach Anspruch 5, wobei die Lagerschilde und/oder das Ringelement jeweils wenigstens einen Vorsprung aufweisen, welcher jeweils in eine der Aussparungen des Drehmomentübertragungselements eingreift.
Elektrische Maschine (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Drehmomentübertragungselement (150, 250, 350, 450, 550, 750) oder zumindest ein innerhalb der Nut (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710) angeordneter Abschnitt des Drehmomentübertragungselements (150, 250, 350, 450, 550, 750) quaderförmig oder zumindest im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die axialen Enden (151, 152) des Drehmomentübertragungselements (150) jeweils von dem Statorkern (110) ausgehend in axialer Richtung zumindest abschnittsweise verjüngen und/oder wobei das Drehmomentübertragungselement (150) in den axialen Enden (151, 152) jeweils eine oder mehrere Stufen aufweist.
Elektrische Maschine (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine innere Oberfläche des Ringelements (120, 220) oder zumindest ein der äußeren Oberfläche (112, 212, 312, 412, 512, 612, 712) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710) gegenüberliegender Bereich dieser inneren Oberfläche des Ringelements (120, 220) glatt oder zumindest im Wesentlichen glatt ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (100, 200, 300, 400, 500, 700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die äußere Oberfläche (112, 212, 312, 412, 512, 712) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 710) zylinderförmig ausgebildet ist, wobei ein Radius dieser Zylinderform der äußeren Oberfläche (112, 212, 312, 412, 512, 712) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 710) in Abhängigkeit von Anforderungen an eine Drehmomentübertragung von dem Statorkern (110, 210, 310, 410, 510, 710) auf die Lagerschilde (130, 230, 340, 730) vorgegeben ist und wobei eine Oberfläche der Nut (111, 211, 311, 411, 511, 611, 711) in der äußeren Oberfläche (112, 212, 312, 412, 512, 712) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 710) auf einem Zylinder liegt, dessen Radius in Abhängigkeit von elektromagnetischen Anforderungen an den Statorkern vorgegeben ist.
Elektrische Maschine (600) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die äußere Oberfläche (612) des Statorkerns (610) in Form eines elliptischen Zylinders ausgebildet ist wobei eine Oberfläche (614) der Nut (611) in der äußeren Oberfläche (612) des Statorkerns (610) auf einem Kreiszylinder (615) liegt, dessen Radius der kleinen Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche (612) des Statorkerns (610) entspricht.
Elektrische Maschine (600) nach Anspruch 11, wobei die kleine Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche (612) des Statorkerns (610) in Abhängigkeit von elektromagnetischen Anforderungen an den Statorkern (610) vorgegeben ist, wobei die große Halbachse der Ellipsenform der äußeren Oberfläche (612) des Statorkerns (610) in Abhängigkeit von Anforderungen an eine Drehmomentübertragung von dem Statorkern (610) auf die Lagerschilde vorgegeben ist.
Elektrische Maschine (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von Drehmomentübertragungselementen (150, 250, 350, 450, 550, 750) vorgesehen ist, die jeweils in regelmäßigen Abständen über die äußere Oberfläche (112, 212, 312, 412, 512, 612, 712) des Statorkerns (110, 210, 310, 410, 510, 610, 710) verteilt angeordnet sind.