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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor ein Blechpaket aufweist und durch das Blechpaket ein Zuganker zum Verspannen des Blechpakets geführt ist, und der Zuganker selbstzentrierend ausgebildet und durch das Blechpaket verläuft. Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor. Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine.
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Ein Rotor einer elektrischen Maschine ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 215 214 A1 bekannt. Der Rotor weist ein auf einer Rotorwelle angeordnetes Blechpaket auf, wobei das Blechpakt über Zuganker in axialer Richtung des Rotors verspannt ist. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass einzelne Zuganker endseitig Wuchtgewichte aufweisen. Damit sich die Zuganker unter Fliehkrafteinfluss nicht in radialer Richtung verlagern, ist vorgesehen, dass die Zuganker in deren Ausnehmungen mit einer Vergussmasse vergossen sind. Die Lagesicherung des Zugankers ist erforderlich, da anderenfalls durch eine Verlagerung des Zugankers nach dem Wuchten unerwünschte Nebengeräusche auftreten können und/oder die Wälzlager übermäßig beansprucht werden. Das Vergießen der Ausnehmungen mit einer Vergussmasse bedeutet nicht nur einen zusätzlichen Arbeitsschritt, sondern auch zusätzliches Material, wodurch die Kosten des Rotors erhöht sein können.
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Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Rotor für eine elektrische Maschine bereitzustellen, der eine erhöhte Wuchtgüte aufweist und preiswert herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und/oder Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und/oder den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Rotor für eine elektrische Maschine eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, aufweisend ein auf einer Rotorwelle drehfest angeordnetes Blechpaket mit einer ersten Endscheibe und einer zur ersten Endscheibe in axialer Richtung des Rotors beabstandet angeordneten zweiten Endscheibe, einen durch die erste Endscheibe, das Blechpaket und die zweite Endscheibe geführten Zuganker zum Verspannen des Blechpakets in axialer Richtung des Rotors, wobei der Zuganker an einem ersten Ende einen Ankerkopf und an einem zu dem ersten Ende in Längsrichtung des Zugankers beabstandet ausgebildeten zweiten Ende ein Gewinde aufweist, und eine auf dem Gewinde aufgeschraubte Mutter, wobei der Ankerkopf und die Mutter jeweils einen konisch ausgebildeten Abschnitt aufweisen, die erste Endscheibe und die zweite Endscheibe jeweils im Bereich einer Ankerdurchführung eine konische Aufnahme aufweisen, der konische Abschnitt des Ankerkopfs zumindest abschnittsweise in die konische Aufnahme der ersten Endscheibe eingreift, und der konische Abschnitt der Mutter in die konische Aufnahme der zweiten Endscheibe eingreift.
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Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt wird. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise Bestandteil eines Traktionsantriebs in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug. Der Rotor weist eine Rotorwelle auf. Auf der Rotorwelle ist ein Blechpaket drehfest angeordnet. Das Blechpaket umfasst in der Regel eine Mehrzahl einzelner hintereinander angeordneter Bleche. Weiter ist vorgesehen, dass das Blechpaket eine erste Stirnseite und eine in axialer Richtung des Rotors beabstandet angeordnete zweite Stirnseite aufweist. Auf der ersten Stirnseite ist eine ersten Endscheibe und auf der zweiten Stirnseite ist eine zweite Endscheibe angeordnet. Eine Dicke der Endscheiben in axialer Richtung des Rotors ist vorzugsweise größer als eine Dicke eines Bleches des Blechpakets. Mit anderen Worten ist das Blechpaket zwischen der ersten Endscheibe und der zweiten Endscheibe angeordnet. Durch die ersten Endscheibe, das Blechpaket und die zweiten Endscheibe ist wenigstens ein Zuganker geführt, um das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors vorzuspannen. Durch das Vorspannen kann ein Auffächern der hintereinander angeordneten einzelnen Bleche vermieden werden. Für gewöhnlich sind durch das Blechpaket eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Rotors zueinander beabstandet angeordnete Zuganker geführt. Der Zuganker weist an einem ersten Ende einen Ankerkopf und an einem zu dem ersten Ende in Längsrichtung des Zugankers beabstandet ausgebildeten zweiten Ende ein Gewinde auf. Die Längsrichtung des Zugankers entspricht der Längsrichtung des Rotors. Auf dem Gewinde ist eine Mutter aufgeschraubt. Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass auf dem Gewinde des Zugankers eine klebende Gewindebeschichtung angeordnet und/oder aufgetragen ist. Über die Gewindebeschichtung kann ein Losdrehen der aufgeschraubten Mutter gehemmt werden. Es ist vorgesehen, dass der Ankerkopf und die Mutter jeweils einen konisch ausgebildeten Abschnitt aufweisen. Der konisch ausgebildete Abschnitt kann auch als kegelförmiger Abschnitt bezeichnet werden. Mit anderen Worten ist der konisch ausgebildete Abschnitt Bestandteil der Mutter. Die Mutter ist folglich einteilig mit ausgebildet und weist den konischen Abschnitt unmittelbar auf. Die erste Endscheibe und die zweite Endscheibe weisen jeweils im Bereich einer Ankerdurchführung eine konische und/oder kegelförmige Aufnahme auf. Der konische Abschnitt des Ankerkopfs greift zumindest abschnittsweise in die konische Aufnahme der ersten Endscheibe ein. Zudem greift der konische Abschnitt der Mutter in die konische Aufnahme der zweiten Endscheibe ein. Durch den konisch ausgebildeten Ankerkopf und die konisch ausgebildete Mutter nebst der entsprechenden Aufnahmen in den Endscheiben kann der Zuganker selbstzentrierend und lagesicher in dem Rotor angeordnet werden, wodurch die Wuchtgüte des Rotors erhöht werden kann. Ein Vergießen des Zugankers bzw. der Zugankeraufnahme kann entfallen, wodurch Arbeitsschritte reduziert und/oder Material eingespart werden können. Somit können die Herstellungskosten des Rotors reduziert werden.
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Der konische Abschnitt der Mutter kann unmittelbar oder mittelbar an die konische Aufnahme der zweiten Endscheibe anliegen. Ebenso ist denkbar, dass der konische Abschnitt des Zugankers mittelbar oder unmittelbar in die konische Aufnahme der ersten Endscheibe eingreift und an dieser anliegt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Ankerkopf über dessen gesamte Länge konisch und/oder kegelkopfartig ausgebildet ist, und über dessen gesamte Länge in die konische Aufnahme der ersten Endscheibe eingreift. Die Länge bezieht sich auf die Längsrichtung des Zugankers. Auf diese Weise kann eine größtmögliche Kontaktfläche und/oder Reibfläche zwischen dem Ankerkopf und der ersten Endscheibe bereitgestellt werden, um eine Druckfestigkeit der Endscheibe nicht zu überschreiten und eine axiale Vorspannung des Zugankers zu ermöglichen, wobei die Vorspannung zudem ein Losdrehen des Zugankers und/oder der Mutter vermeiden kann. Bedingt dadurch, dass der gesamte Ankerkopf in die konische Aufnahme eingreift, kann erzielt werden, dass das Ankerkopf bündig mit einer Außenseite der ersten Endscheibe, die dem Blechpaket abgewandt ist, abschließt, und/oder zumindest nicht über die Außenseite der ersten Endscheibe übersteht. Somit kann zusätzlich der Bauraum in axialer Richtung des Rotors reduziert werden.
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Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass für eine Länge IkA des konischen Abschnitts der Mutter gilt: 0,15 IM ≤ IkA ≤ 0,75 IM, bevorzugt 0,20 IM ≤ IkA ≤ 0,60 IM, besonders bevorzugt 0,30 IM ≤ IkA ≤ 0,50 IM, wobei IM die Länge der Mutter in deren Längsrichtung ist. Die Länge des konischen Abschnitts bezieht sich ebenfalls auf die Längsrichtung der Mutter. Eine gewisse Restlänge der Mutter, also eine Längendifferenz zwischen der Gesamtlänge der Mutter und der Länge des konischen Abschnitts der Mutter ist erforderlich, damit ein Werkzeug die Mutter halten und/oder festdrehen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für einen Kegelwinkel α des konischen Abschnitts der Mutter und/oder für einen Kegelwinkel α des konischen Abschnitt des Ankerkopfs gilt: 15° ≤ α ≤ 60°, vorteilhaft, 25° ≤ α ≤ 50°, besonders vorteilhaft 35° ≤ α ≤ 45°. Je kleiner bzw. flacher der Kegelwinkel α, desto größer ist die über die Mutter und/den Ankerkopf aufbringbare Vorspannkraft in Längsrichtung des Rotors. Je größer der Kegelwinkel α, desto größer ist die Zentrierwirkung des Zugankers. Besonders vorteilhafte Ergebnisse in Bezug auf die aufgebrachte Vorspannkraft und die Zentrierwirkung wurde für einen Kegelwinkel α zwischen 35° und 45° ermittelt, wobei die Grenzen mit eingeschlossen sind.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Kegelwinkel α des konischen Abschnitt des Ankerkopfes gleich dem Kegelwinkel α des konischen Abschnitts der Mutter ist. Beispielsweise betragen sowohl der Kegelwinkel α des konischen Abschnitts α des Ankerkopfes und der Kegelwinkel α des konischen Abschnitts der Mutter jeweils 45°. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn von beiden Seiten eine gleiche Zentrierwirkung angestrebt ist.
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Alternativ dazu, sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Kegelwinkel α des konischen Abschnitts des Ankerkopfes verschieden ist von dem Kegelwinkel α des konischen Abschnitts der Mutter. Der Kegelwinkel α des konischen Abschnitts des Ankerkopfes kann größer oder kleiner sein als der Kegelwinkel α des konischen Abschnitts der Mutter. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Kegelwinkel α des konischen Abschnitts des Ankerkopfes 35° beträgt und der Kegelwinkel α des konischen Abschnitts der Mutter vorzugsweise 45° beträgt. Der Ankerkopf kann beispielsweise zentriert in die entsprechende Aufnahme der ersten Endscheibe eingesetzt werden, so dass lediglich mutterseitig die erhöhte Zentrierwirkung erforderlich ist. Ankerseitig kann dann eine höhere axiale Komponente zur Verspannung des Blechpakets in die erste Endplatte eingeleitet werden.
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Denkbar ist vorzugsweise, dass ein Kegelwinkel der Aufnahme der ersten Endscheibe und/oder ein Kegelwinkel der Aufnahme der zweiten Endscheibe um bis zu maximal 1° verschieden ist von dem Kegelwinkel des konischen Abschnitts des Ankerkopfes bzw. von dem Kegelwinkel des konischen Abschnitts der Mutter. Dies kann vorteilhaft sein, wenn zwischen der Kontaktfläche des Ankerkopfes und der Aufnahme der ersten Endscheibe oder zwischen der Kontaktfläche der Mutter und der Aufnahme der zweiten Endscheibe noch ein Zwischenelement, vorzugsweise eine Kegelwinkel-Ausgleichsscheibe angeordnet ist.
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Alternativ liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass ein Kegelwinkel der Aufnahme der ersten Endscheibe korrespondierend zum Kegelwinkel des konischen Abschnitts des Ankerkopfs ausgebildet ist, und/oder ein Kegelwinkel der Aufnahme der zweiten Endscheibe korrespondierend zum Kegelwinkel des konischen Abschnitts der Mutter ausgebildet ist. Auf diese Weise kann vorzugsweise eine größtmögliche Reibkraft zwischen den Kontaktflächen erzielt werden, um eine dauerhafte Vorspannung des Blechpakets zu ermöglichen.
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Denkbar ist weiter, dass das zweite Ende des Zugankers nach dem Aufschrauben der Mutter aufgeweitet ist, um ein Losdrehen der Mutter zu vermeiden. Das Aufweiten kann vorzugsweise durch eine Körnung im Endbereich des Zugankers erfolgen. Auf diese Weise kann ein Losdrehen der Mutter verhindert werden, wodurch eine dauerhafte Vorspannung des Blechpaktes und eine dauerhafte Lagesicherung des Zugankers sichergestellt werden kann, was sich vorteilhaft auf die Wuchtgüte des Rotors auswirken kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem zwischen dem konischen Abschnitt des Ankerkopf und der konischen Aufnahme der ersten Endscheibe und/oder zwischen dem zwischen dem konischen Abschnitt der Mutter und der konischen Aufnahme der zweiten Endscheibe eine Kegelwinkel-Ausgleichsscheibe angeordnet ist. Folglich ist vorgesehen, dass der konische Abschnitt der Mutter mittelbar an die konische Aufnahme der zweiten Endscheibe anliegen, oder dass der konische Abschnitt des Zugankers mittelbar in die konische Aufnahme der ersten Endscheibe eingreift und an dieser anliegt. Denkbar ist, dass die Kegelwinkel-Ausgleichsscheibe ein Metall und/oder ein Elastomer aufweist und/oder aus diesem ausgebildet ist. Die Kegelwinkel-Ausgleichsscheibe kann ein Losdrehen des Zugankers hemmen und/oder vermeiden, so dass eine dauerhafte Vorspannung des Blechpakets und/oder eine langlebige Zentrierwirkung des Zugankers ermöglicht werden kann. Beides ist vorteilhaft für eine erhöhte Wuchtgüte des Rotors.
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In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor.
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Die elektrische Maschine ist vorzugsweise Bestandteil eines Traktionsantriebs, insbesondere eines Achsantriebs.
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In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
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Das Kraftfahrzeug ist ein zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet das Kraftfahrzeug anzutreiben.
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Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Rotors auch Merkmale der elektrischen Maschine und/oder des Kraftfahrzeugs sein. Dies gilt auch umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalen zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Rotor,
- 2 eine Ansicht einer Mutter,
- 3 einen Längsschnitt durch die Mutter,
- 4 ein Kraftfahrzeug.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Rotor RO einer elektrischen Maschine EM. Der Rotor RO weist eine Rotorwelle RW auf. Auf der Rotorwelle RW ist ein Blechpaket BP drehfest angeordnet. Das Blechpaket BP umfasst in der Regel eine Mehrzahl einzelner hintereinander angeordneter Bleche. Weiter ist vorgesehen, dass das Blechpaket BP eine erste Stirnseite ES und eine in axialer Richtung des Rotors RO beabstandet angeordnete zweite Stirnseite ZS aufweist. Auf der ersten Stirnseite ES ist eine erste Endscheibe EES und auf der zweiten Stirnseite ZS ist eine zweite Endscheibe ZES angeordnet. Mit anderen Worten ist das Blechpaket BP zwischen der ersten Endscheibe EES und der zweiten Endscheibe ZES angeordnet. Durch die erste Endscheibe EES, das Blechpaket BP und die zweite Endscheibe ZES ist wenigstens ein Zuganker ZA geführt, um das Blechpaket BP in axialer Richtung des Rotors RO vorzuspannen. Durch das Vorspannen kann ein Auffächern der hintereinander angeordneten einzelnen Bleche des Blechpakets vermieden werden.
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Für gewöhnlich sind durch das Blechpaket BP eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung des Rotors zueinander beabstandet angeordneter Zuganker ZA geführt. Der Zuganker ZA weist an einem ersten Ende EE einen Ankerkopf AK und an einem zu dem ersten Ende EE in Längsrichtung des Zugankers ZA beabstandet ausgebildeten zweiten Ende ZE ein Gewinde GW auf. Die Längsrichtung des Zugankers ZA entspricht der Längsrichtung des Rotors RO. Auf dem Gewinde GW ist eine Mutter MU aufgeschraubt. Es ist vorgesehen, dass der Ankerkopf AK und die Mutter MU jeweils einen konisch ausgebildeten Abschnitt AB aufweisen. Der konisch ausgebildete Abschnitt AB kann auch als kegelförmiger Abschnitt bezeichnet werden. Die erste Endscheibe EES und die zweite Endscheibe ZES weisen jeweils im Bereich einer Ankerdurchführung ADF eine konische und/oder kegelförmige Aufnahme AU auf. Der konische Abschnitt AB des Ankerkopfs AK greift zumindest abschnittsweise in die konische Aufnahme AU der ersten Endscheibe EES ein. Zudem greift der konische Abschnitt AB der Mutter MU in die konische Aufnahme AU der zweiten Endscheibe ZES ein. Durch den zumindest abschnittsweise konisch ausgebildeten Ankerkopf AK und die zumindest abschnittsweise konisch ausgebildete Mutter MU nebst der entsprechenden Aufnahmen AU in den Endscheiben EES, ZES kann der Zuganker ZA selbstzentrierend und lagesicher in dem Rotor RO angeordnet werden, wodurch die Wuchtgüte des Rotors RO erhöht werden kann. Ein Vergießen des Zugankers ZA bzw. der Zugankeraufnahme kann entfallen, wodurch Arbeitsschritte reduziert und/oder Material eingespart werden können. Somit können die Herstellungskosten des Rotors RO reduziert werden.
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2 zeigt eine Ansicht der Mutter MU und in 3 ist ein Längsschnitt durch die Mutter MU gezeigt. Nachstehend wird auf die 2 und 3 gleichzeitig Bezug genommen. Die Mutter MU ist als Sechskant-Mutter ausgebildet. Ausgehend von einer Stirnseite der Mutter MU, die der zweiten Endscheibe ZES zugewandt ist, ist die Mutter MU konisch bzw. kegelförmig ausgebildet. Anders ausgedrückt ist die Mutter MU in Richtung zweiter Endscheibe ZES zumindest abschnittsweise zulaufend ausgebildet. Ein Kegelwinkel α des konischen Abschnitts AB der Mutter MU beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 45°. Eine Länge IkA des konischen Abschnitts AB der Mutter MU beträgt 0,2 IM, wobei IM die Gesamtlänge der Mutter MU in deren Längsrichtung ausgerichtet ist. Die Länge des konischen Abschnitts AB bezieht sich ebenfalls auf die Längsrichtung der Mutter MU.
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4 zeigt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug KFZ mit der elektrischen Maschine EM, die den Rotor RO aufweist. Die elektrische Maschine ist als Traktionsantrieb, insbesondere als Achsantrieb ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012215214 A1 [0002]
