DE102023102466A1

DE102023102466A1 - Elektrische Maschine, Herstellung und Verwendung derselben sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Maschine

Info

Publication number: DE102023102466A1
Application number: DE102023102466.3A
Authority: DE
Inventors: Tina Tusch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2023-02-01
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2024-08-01

Abstract

Die Erfindung stellt eine elektrische Maschine (10) mit einem Gehäuse (11) und einem koaxial innerhalb des Gehäuses (11) angeordnetes Statorblechpaket (12) bereit, das ein Profil in Gestalt eines abgerundeten Polygons aufweist.Die Erfindung stellt ferner ihre Herstellung und Verwendung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Maschine bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ihre Herstellung und Verwendung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Maschine.
Bei der Endmontage einer elektrischen Maschine (E-Maschine) in der Bauform eines Innenläufers wird vor dem Einbringen des Rotorpaketes in den Stator typischerweise zunächst der Stator in das ihn tragende Gehäuse gefügt. Als Fügeverfahren kommt hierbei nach dem Stand der Technik typischerweise Kleben, Aufschrumpfen oder Einpressen zum Einsatz.
KR 20180021468 A offenbart einen bürstenlosen Gleichstrommotor, dessen Statorkerne jeweils einen Vorsprungsabschnitt aufweisen, der sich auf mindestens einer Seite um eine mittig verlaufende, der Innenfläche des Gehäuses zugewandten Bezugslinie erstreckt. Jeder Statorkern ist mit in mehreren Richtungen ausgerichtetem Vorsprungsabschnitt laminiert.
WO 2019021658 A1 offenbart einen Kompressor mit einem Motor, welcher einen um eine Achse rotierbaren Rotor und einen den Rotor von einer äußeren umfänglichen Seite um die Achse umgebenden Statorkern umfasst, einem Kompressionsmechanismus, welcher von dem Motor angetrieben wird, um ein Kühlmittel zu komprimieren, und einem Gehäuse, welches den Motor und den Kompressionsmechanismus überdeckt.
EP 1384893 A2 schlägt neben einer geringfügigen Überdeckung von Stator und Gehäuseinnenwand auch einen Formschluss zum Spannungsausgleich vor.
DE 102004022301 A1 betrifft eine Elektrospindel mit Kühlkanälen in Gestalt von Außennuten. Die einzelnen Bleche des Statorblechpaketes berühren die Innenwandung des Spindelgehäuses bis auf die Bereiche der Nuten.
Die Erfindung stellt eine elektrische Maschine, ihre Herstellung und Verwendung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Maschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Dem erfindungsgemäßen Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein runder, herkömmlicher Pressverband für einen Stator-Gehäuse-Verband zu Verlusten im gesamten Betriebsbereich der E-Maschine, insbesondere im Niedriglastbereich, führt.
Bei einem Formschluss mit nur geringen Bereichen der Überdeckung von Statorblechpaket zum Gehäuse hingegen können die Spannungen im Statorblechpaket auf diejenigen Bereiche, in denen es in Kontakt mit dem Gehäuse bzw. dem Statorträger steht, begrenzt und somit auch die Verluste deutlich reduziert werden.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt im erfindungsgemäß erzielten Drehmomentvorteil im Niedriglastbereich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann die vorgeschlagene Maschine als Antrieb eines elektrischen Fahrzeuges zum Einsatz kommen, um dessen Reichweite zu erhöhen.
Ferner kann eine an das Statorblechpaket angepasste polygonale Innenform vorgesehen sein, welche sich in definierten Kontaktbereichen mit dem Profil des Statorblechpaketes deckt. Nutensteine oder andere zusätzliche Bauteile erweisen sich so als verzichtbar.
Diese Ausführungsform gestattet zudem eine definierte Montage, indem das Statorblechpaket in seiner durch die Kontaktbereiche definierten Ausrichtung formschlüssig im Gehäuse montiert und der Rotor längs in den resultierenden Stator-Gehäuse-Verband eingeführt wird.
Ferner können Innenform und Profil derart gewählt sein, dass sich abseits der Kontaktbereiche Hohlräume zwischen dem Gehäuse und Statorblechpaket erstrecken und die elektrische Maschine achsparallel zum Gehäuse durchziehen. Diese „Täler“ des Polygons ohne Überdeckung eröffnen im Motor- wie im Generatorbetrieb eine Kühlmöglichkeit, um die durch Ummagnetisierungs- bzw. ohmsche Effekte in Blechpaket („Eisenverluste“) und Wicklungen („Kupferverluste“) verursachte Wärme durch die Hohlräume abzuleiten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt den Querschnitt einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform.

Die Figur illustriert den konstruktiven Aufbau einer zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges geeigneten permanenterregten Synchronmaschine (10). Das äußerlich zylindrische Gehäuse (11) trägt - in grundsätzlich bekannter koaxialer Anordnung mit dem innenliegenden Rotor (14) - ein Statorblechpaket (12), dessen Profil vorliegend jedoch die Gestalt eines abgerundeten regelmäßigen Sechseckes aufweist.
Vergleichbare formschlüssige Verbindungen mögen dem Antriebstechniker zur Drehmomentübertragung zwischen einer Welle oder einem Zapfen einerseits und einer rotierenden Nabe andererseits geläufig sein und werden in jenem Zusammenhang als Polygonverbindung, entsprechende Profile als Polygonprofile bezeichnet. Die Normen DIN 32711 („P3G“) und DIN 32712 („P4C“) standardisieren einschlägige Profile auf der Grundlage kreisbogenförmig abgerundeter Drei- bzw. Vierecke.
Wie die Zeichnung ferner erkennen lässt, weist das Gehäuse (11) eine an das Statorblechpaket (12) angepasste polygonale Innenform auf, welche sich in sechs Kontaktbereichen (15) entlang der Rundungen des Statorblechpaketes (12) mit dessen Profil deckt. Innenform und Profil sind hierbei derart gewählt, dass sich zwischen zwei benachbarten Kontaktbereichen (15) je ein flacher Hohlraum (16) zwischen Gehäuse (11) und Statorblechpaket (12) erstreckt. Jeder dieser Hohlräume (16) wird in radialer Richtung durch eine plane Außenfläche des Statorblechpaketes (12) und Innenfläche des Gehäuses (11) begrenzt. Die Rundungen des Statorblechpaketes (12) liegen derart flächig innenseitig am Gehäuse (11) an, dass sie die Hohlräume (16) in tangentialer Richtung voneinander trennen, sodass in der vorliegenden Bauform sechs flache Hohlräume (16) die Maschine (10) achsparallel zum Gehäuse (11) und somit senkrecht zur Schnittebene der Abbildung durchziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 20180021468 A [0003]
WO 2019021658 A1 [0004]
EP 1384893 A2 [0005]
DE 102004022301 A1 [0006]

Claims

Elektrische Maschine (10), umfassend: - ein Gehäuse (11) und - ein koaxial innerhalb des Gehäuses (11) angeordnetes Statorblechpaket (12), gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - das Statorblechpaket (12) weist ein Profil in Gestalt eines abgerundeten Polygons auf.
Maschine (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Gehäuse (11) weist eine an das Statorblechpaket (12) angepasste polygonale Innenform auf und - die Innenform des Gehäuses (11) deckt sich in definierten Kontaktbereichen (15) mit dem Profil des Statorblechpaketes (12).
Maschine (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Innenform und das Profil sind derart gewählt, dass sich abseits der Kontaktbereiche (15) Hohlräume (16) zwischen dem Gehäuse (11) und Statorblechpaket (12) erstrecken und - die Hohlräume (16) durchziehen die Maschine (10) achsparallel zum Gehäuse (11).
Maschine (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Statorblechpaket (12) weist eine gerade Anzahl planer Außenflächen auf und - die Außenflächen sind paarweise planparallel.
Maschine (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Polygon ist regelmäßig und - das Profil weist in den Kontaktbereichen (15) kreisbogenförmige Rundungen auf.
Maschine (10) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - seitens des Statorblechpaketes (12) begrenzen die planen Außenflächen die Hohlräume (16) und - die Rundungen liegen derart flächig innenseitig am Gehäuse (11) an, dass sie die Hohlräume (16) voneinander trennen.
Maschine (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Statorblechpaket (12) enthält elektrisch leitfähige Wicklungen (13) zum Erzeugen eines Drehfeldes und - die Maschine (10) umfasst ferner einen koaxial innerhalb des Statorblechpaketes (12) mit dem Drehfeld drehbar gelagerten Rotor (14).
Verfahren zur Herstellung einer Maschine (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Statorblechpaket (12) wird in einer durch die Kontaktbereiche (15) definierten Ausrichtung formschlüssig im Gehäuse (11) montiert und - der Rotor (14) wird längs in das Statorblechpaket (12) eingeführt.
Verwendung einer Maschine (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Rotor (14) dreht sich mit dem Drehfeld, während die Wicklungen (13) einen Wechselstrom leiten und - durch den Wechselstrom im Statorblechpaket (12) und den Wicklungen (13) verursachte Wärme wird durch die Hohlräume (16) abgeführt.
Kraftfahrzeug mit einer Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.