DE102023105236A1 - Rotor for an electrical machine, in particular of a motor vehicle, and electrical machine, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine, mit einer Rotorwelle (5), mit einem auf der Rotorwelle (5) angeordnet Blechpaket (6), und mit wenigstens einer sich in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an das Blechpaket (6) anschließenden und auf der Rotorwelle (5) angeordneten Sternscheibe (11). Vorgesehen ist eine sich in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an die Sternscheibe (11) anschließende und auf die Rotorwelle (5) aufgeschraubte Wellenmutter (29), mittels welcher die Sternscheibe (11) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) gegen das Blechpaket (6) gespannt ist.The invention relates to a rotor (1) for an electrical machine, with a rotor shaft (5), with a laminated core (6) arranged on the rotor shaft (5), and with at least one star disk (11) which adjoins the laminated core (6) in the axial direction (7) of the rotor (1) and is arranged on the rotor shaft (5). A shaft nut (29) is provided which adjoins the star disk (11) in the axial direction (7) of the rotor (1) and is screwed onto the rotor shaft (5), by means of which the star disk (11) is clamped against the laminated core (6) in the axial direction (7) of the rotor (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem solchen Rotor.The invention relates to a rotor for an electrical machine, in particular of a motor vehicle, according to the preamble of
Der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine insbesondere auch über eine hohe Lebensdauer der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann.The object of the present invention is to provide a rotor for an electrical machine, in particular of a motor vehicle, and an electrical machine, in particular for a motor vehicle, so that a particularly advantageous operation of the electrical machine can be ensured, in particular also over a long service life of the electrical machine.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved according to the invention by a rotor having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete und einfach auch als Fahrzeug bezeichnete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Somit ist das Kraftfahrzeug beispielsweise ein Hybrid-Fahrzeug oder aber ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist, und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt. Insbesondere weist die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Rotor und den Stator auf, mittels welchem der Rotor antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine über ihren Rotor Antriebsdrehmomente bereitstellen, mittels welchen das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann.A first aspect of the invention relates to a rotor for an electric machine, in particular of a motor vehicle. This means that the motor vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, and is also simply referred to as a vehicle, has the electric machine in its fully manufactured state and can be driven by means of the electric machine, in particular purely electrically. The motor vehicle is thus, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle, in particular a battery-electric vehicle (BEV). Preferably, the electric machine is a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and very preferably several hundred volts. In particular, the electric machine in its fully manufactured state has the rotor and the stator, by means of which the rotor can be driven and can therefore be rotated about a machine axis of rotation relative to the stator. In particular, the electric machine can provide drive torques via its rotor, by means of which the motor vehicle can be driven, in particular purely electrically.
Der Rotor weist eine Rotorwelle auf, über welche die elektrische Maschine beispielsweise die Antriebsdrehmomente bereitstellen kann. Der Rotor weist außerdem ein Blechpaket auf, welches separat von der Rotorwelle ausgebildet ist und auf der Rotorwelle angeordnet ist. Insbesondere ist das Blechpaket drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Der Rotor weist außerdem wenigstens eine Sternscheibe auf, welche auch als erste Sternscheibe bezeichnet wird. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der Sternscheibe ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die erste Sternscheibe zu verstehen. Insbesondere ist die Sternscheibe separat von dem Blechpaket und separat von der Rotorwelle ausgebildet. Die Sternscheibe ist auf der Rotorwelle angeordnet. Außerdem schließt sich die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors, dessen axiale Richtung mit der Maschinendrehachse zusammenfällt, an das Blechpaket an. Ganz insbesondere schließt sich die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors an eine axiale Stirnseite des Blechpakets an, wobei die axiale Stirnseite auch als erste axiale Stirnseite bezeichnet wird. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der axialen Stirnseite ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die erste axiale Stirnseite zu verstehen. Ganz insbesondere endet das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors an der axialen Stirnseite.The rotor has a rotor shaft, via which the electric machine can, for example, provide the drive torque. The rotor also has a laminated core, which is formed separately from the rotor shaft and arranged on the rotor shaft. In particular, the laminated core is connected to the rotor shaft in a rotationally fixed manner. The rotor also has at least one star disk, which is also referred to as the first star disk. When the star disk is mentioned above and below, this means the first star disk, unless otherwise stated. In particular, the star disk is formed separately from the laminated core and separately from the rotor shaft. The star disk is arranged on the rotor shaft. In addition, the star disk adjoins the laminated core in the axial direction of the rotor, the axial direction of which coincides with the machine's axis of rotation. In particular, the star disk adjoins an axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor, the axial end face also being referred to as the first axial end face. When reference is made to the axial end face above and below, this means the first axial end face unless otherwise stated. In particular, the laminated core ends at the axial end face in the axial direction of the rotor.
Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb, insbesondere eine hohe Laufruhe, der elektrischen Maschine auch über eine hohe Lebensdauer hinweg gewährleisten zu können, ist erfindungsgemäß eine insbesondere separat von der Rotorwelle, separat von dem Blechpaket und separat von der Sternscheibe ausgebildete Wellenmutter vorgesehen, welche sich in axialer Richtung des Rotors an die Sternscheibe anschließt, insbesondere derart, dass die Wellenmutter auf einer in axialer Richtung des Rotors von dem Blechpaket wegweisenden, mithin von dem Blechpaket abgewandten Seite, insbesondere Stirnseite, der Sternscheibe angeordnet ist. Die Wellenmutter ist, insbesondere direkt, auf die Rotorwelle, welche auch einfach als Welle bezeichnet wird, aufgeschraubt, so dass mittels der Wellenmutter die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors gegen das Blechpaket, insbesondere gegen die erste axiale Stirnseite, gespannt ist. Vorzugsweise ist die Wellenmutter direkt auf die Rotorwelle aufgeschraubt und somit vorzugsweise direkt mit der Welle verschraubt. Hierzu ist insbesondere Folgendes vorgesehen: Vorzugsweise weist die Welle, insbesondere eine außenumfangsseitige Mantelfläche der Welle, ein erstes Gewinde auf, welches insbesondere als erstes Außengewinde ausgebildet ist. Die Wellenmutter, insbesondere eine innenumfangsseitige Mantelfläche der Wellenmutter, weist ein mit dem ersten Gewinde korrespondierendes, zweites Gewinde auf, welches vorzugsweise als erstes Innengewinde ausgebildet ist. Dabei sind die Gewinde direkt ineinander geschraubt und somit direkt miteinander verschraubt, wodurch die Wellenmutter auf die Rotorwelle aufgeschraubt und in axialer Richtung zumindest mittelbar, insbesondere direkt, gegen die Sternscheibe, insbesondere gegen die genannte Seite der Sternscheibe, geschraubt und somit gespannt ist. Hierdurch ist die Sternscheibe gegen das Blechpaket, insbesondere gegen die erste axiale Stirnseite des Blechpakets, gespannt. Ganz vorzugsweise liegt die Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors direkt an der genannten Seite der Sternscheibe an, so dass die Wellenmutter vorzugsweise in axialer Richtung des Rotors direkt an der Seite der Sternscheibe abgestützt ist. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Üblicherweise ist das Blechpaket technisch bedingt, insbesondere in axialer Richtung des Rotors, kompressibel und somit verformbar. Die Verformbarkeit des Blechpakets kann zu Spannungen sowie elastischen und/oder plastischen Verformungen oder Verschiebungen insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine führen. Dies kann insbesondere während eines Betriebs der elektrischen Maschine zu Unwuchten führen, die zu einem erhöhten Verschleiß und/oder akustischen Beeinträchtigungen führen können. Beispielsweise weist der Rotor wenigstens eine Wicklung, insbesondere mehrere Wicklungen auf, wobei die jeweilige Wicklung auch als Rotorwicklung bezeichnet wird. Die Wicklung ist um das Blechpaket und vorzugsweise um die Sternscheibe gewickelt. Beispielsweise ist die Wicklung aus einem insbesondere metallischen Draht gebildet, welcher somit aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer gebildet und beispielsweise als Kupferdraht ausgebildet sein kann. Die genannten Verschiebungen können zu Spannungen in der Wicklung, insbesondere in dem Draht, führen, so dass es zu Schäden wie beispielsweise Rissen des Drahtes kommen kann. Die Erfindung ermöglicht es nun, die Sternscheibe mittels der Wellenmutter in axialer Richtung fest gegen das Blechpaket zu spannen und hierdurch einen axial sehr steifen Block zu schaffen, welcher zumindest das Blechpaket, die Sternscheibe und die Wellenmutter umfasst. Insbesondere ist der Block mittels der Wellenmutter in axialer Richtung verspannt, wodurch der Block im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen unempfindlicher gegen elastische und plastische Veränderungen, insbesondere über Drehzahl und Temperatur ist. Die mittels der Wellenmutter bewirkte, axiale Verspannung kann ein so genanntes Tellern von einzelnen Blechen des Blechpakets vermeiden. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass das Blechpaket aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und beispielsweise miteinander verbundenen Blechsegmenten gebildet ist, welche die zuvor genannten Bleche sein können. Beispielsweise folgen die Blechsegmente in axialer Richtung des Rotors und/oder in um die axiale Richtung des Rotors verlaufender Umfangsrichtung des Rotors aufeinander. Das auch als Tellereffekt bezeichnete Tellern kann entstehen, da die auch als Einzelbleche bezeichneten Bleche insbesondere durch Stanzeinzug und Stanzausriss sich bei einem Aufschrumpfen auf die Rotorwelle einseitig verformen. Dreht sich während des Betriebs der elektrischen Maschine der Rotor um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator, so wirken auf die Bleche Fliehkräfte, durch welche die Bleche bei hohen Drehzahlen des Rotors wieder aufgerichtet werden, und es kann gegenüber einem Stillstand der elektrischen Maschine, in deren Stillstand sich der Rotor nicht relativ zu dem Stator dreht, zu veränderten Unwuchten des Rotors und Spannungen kommen, die in Bauteilen wie beispielsweise dem Draht der elektrischen Maschine wirken können. Somit ist es insbesondere denkbar, dass das Blechpaket mittels eines Presssitzes, das heißt insbesondere mittels einer Presspassung, mit der Rotorwelle verbunden ist, wodurch das Blechpaket insbesondere derart mit der Rotorwelle verbunden ist, dass um die Maschinendrehachse verlaufende Relativdrehungen zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle unterbleiben und vorzugsweise dass in axialer Richtung erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle unterbleiben. Insbesondere ist mittels des Presssitzes das Blechpaket drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Durch die Erfindung kann das zuvor beschriebene Tellern vermieden oder zumindest geringgehalten werden, so dass übermäßige Belastungen des Rotors sowie eine übermäßige Unwucht oder eine übermäßige Veränderung einer Unwucht des Rotors während des Betriebs der elektrischen Maschine vermieden werden können. Dadurch kann eine besonders hohe Laufruhe der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Außerdem können übermäßige Spannungen in Bauteilen wie beispielsweise dem Draht vermieden werden.In order to be able to guarantee particularly advantageous operation, in particular a high level of smoothness, of the electrical machine even over a long service life, according to the invention a shaft nut is provided which is designed in particular separately from the rotor shaft, separately from the laminated core and separately from the star disk, which adjoins the star disk in the axial direction of the rotor, in particular in such a way that the shaft nut is on a side facing away from the laminated core in the axial direction of the rotor, thus facing away from the laminated core, in particular special front side of the star disk. The shaft nut is screwed, in particular directly, onto the rotor shaft, which is also simply referred to as the shaft, so that the star disk is clamped in the axial direction of the rotor against the laminated core, in particular against the first axial front side, by means of the shaft nut. Preferably, the shaft nut is screwed directly onto the rotor shaft and thus preferably screwed directly to the shaft. For this purpose, the following is provided in particular: Preferably, the shaft, in particular an outer peripheral surface of the shaft, has a first thread, which is designed in particular as a first external thread. The shaft nut, in particular an inner peripheral surface of the shaft nut, has a second thread corresponding to the first thread, which is preferably designed as a first internal thread. The threads are screwed directly into one another and thus directly screwed together, whereby the shaft nut is screwed onto the rotor shaft and screwed in the axial direction at least indirectly, in particular directly, against the star disk, in particular against the side of the star disk mentioned, and thus clamped. As a result, the star disk is clamped against the laminated core, in particular against the first axial end face of the laminated core. The shaft nut most preferably rests directly on the side of the star disk mentioned in the axial direction of the rotor, so that the shaft nut is preferably supported directly on the side of the star disk in the axial direction of the rotor. The invention is based in particular on the following findings and considerations: The laminated core is usually compressible and thus deformable for technical reasons, in particular in the axial direction of the rotor. The deformability of the laminated core can lead to stresses as well as elastic and/or plastic deformations or displacements, in particular at high speeds of the electrical machine. This can lead to imbalances, in particular during operation of the electrical machine, which can lead to increased wear and/or acoustic impairments. For example, the rotor has at least one winding, in particular several windings, wherein the respective winding is also referred to as the rotor winding. The winding is wound around the laminated core and preferably around the star disk. For example, the winding is formed from a particularly metallic wire, which can thus be formed from a metallic material such as copper and can be designed as a copper wire, for example. The displacements mentioned can lead to tensions in the winding, in particular in the wire, so that damage such as cracks in the wire can occur. The invention now makes it possible to clamp the star disk firmly against the laminated core in the axial direction using the shaft nut, thereby creating an axially very rigid block which comprises at least the laminated core, the star disk and the shaft nut. In particular, the block is clamped in the axial direction using the shaft nut, which makes the block less sensitive to elastic and plastic changes, in particular over speed and temperature, compared to conventional solutions. The axial clamping caused by the shaft nut can prevent so-called dishing of individual sheets of the laminated core. In other words, it is conceivable that the laminated core is formed from several sheet metal segments which are formed separately from one another and, for example, connected to one another, which can be the sheets mentioned above. For example, the sheet metal segments follow one another in the axial direction of the rotor and/or in the circumferential direction of the rotor running around the axial direction of the rotor. The dishing effect, also known as the plate effect, can arise because the sheets, also known as individual sheets, deform on one side when they are shrunk onto the rotor shaft, particularly due to punching and punching tearing. If the rotor rotates about the machine's axis of rotation relative to the stator while the electrical machine is in operation, centrifugal forces act on the sheets, which straighten the sheets again at high rotor speeds. Compared to a standstill of the electrical machine, when the rotor is not rotating relative to the stator, this can lead to changes in the imbalance of the rotor and stresses that can act in components such as the wire of the electrical machine. It is therefore particularly conceivable that the laminated core is connected to the rotor shaft by means of a press fit, that is to say in particular by means of a press fit, whereby the laminated core is connected to the rotor shaft in such a way that relative rotations between the laminated core and the rotor shaft around the machine's axis of rotation are avoided and preferably that relative movements in the axial direction between the laminated core and the rotor shaft are avoided. In particular, the laminated core is connected to the rotor shaft in a rotationally fixed manner by means of the press fit. The invention makes it possible to avoid or at least minimize the previously described dishing, so that excessive loads on the rotor as well as excessive imbalance or excessive changes in the imbalance of the rotor can be avoided during operation of the electrical machine. This ensures that the electrical machine runs particularly smoothly. In addition, excessive stresses in components such as the wire can be avoided.
Um eine besonders vorteilhafte Verspannung des Blechpakets und der Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass sich die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors an die erste axiale Stirnseite des Blechpakets anschließt.In order to be able to realize a particularly advantageous bracing of the laminated core and the star disk in the axial direction of the rotor, it is provided in one embodiment of the invention that the star disk adjoins the first axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Sternscheibe mittels der Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors gegen die erste axiale Stirnseite gespannt ist, so dass die Sternscheibe mittels der Wellenmutter besonders fest gegen das Blechpaket gespannt werden kann. Dadurch kann eine besonders starke Verspannung und somit eine besonders hohe Steifigkeit des genannten Blocks realisiert werden, so dass übermäßige Belastungen und übermäßige Verformungen des Blechpakets vermieden werden können. In der Folge können eine besonders hohe Laufruhe und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden.It has proven to be particularly advantageous if the star disk is clamped against the first axial face in the axial direction of the rotor by means of the shaft nut, so that the star disk can be clamped particularly firmly against the laminated core by means of the shaft nut. This allows particularly strong clamping and thus particularly high rigidity of the block mentioned, so that excessive loads and excessive deformation of the laminated core can be avoided. As a result, particularly smooth running and therefore particularly advantageous operation of the electrical machine can be guaranteed.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors direkt an der ersten axialen Stirnseite des Blechpakets anliegt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, hohe Steifigkeit des Blocks realisiert werden, so dass eine besonders hohe Laufruhe und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden können.A further embodiment is characterized by the fact that the star disk rests directly on the first axial face of the laminated core in the axial direction of the rotor. This makes it possible to achieve a particularly advantageous, high rigidity of the block, so that particularly smooth running and thus particularly advantageous operation of the electrical machine can be guaranteed.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass auf einer in axialer Richtung des Rotors von der ersten axialen Stirnseite des Blechpakets und somit von der Sternscheibe und von der Wellenmutter wegweisenden, zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets ein auch als Wellenbund bezeichneter Bund der Rotorwelle angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors an der zweiten axialen Stirnseite endet. Dabei ist das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Bund abgestützt. Somit ist es denkbar, dass das Blechpaket, insbesondere die zweite axiale Stirnseite des Blechpakets, in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Bund abgestützt ist, so dass beispielsweise das Blechpaket, insbesondere die zweite axiale Stirnseite des Blechpakets, in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Bund anliegt. Außerdem ist es vorgesehen, dass das Blechpaket, insbesondere die zweite axiale Stirnseite des Blechpakets, mittels der Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, gegen den Bund gespannt ist.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that a collar of the rotor shaft, also referred to as a shaft collar, is arranged on a second axial end face of the laminated core, which faces away from the first axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor and thus away from the star disk and the shaft nut. In particular, it is provided that the laminated core ends at the second axial end face in the axial direction of the rotor. The laminated core is supported at least indirectly, in particular directly, on the collar in the axial direction of the rotor. It is thus conceivable that the laminated core, in particular the second axial end face of the laminated core, is supported at least indirectly, in particular directly, on the collar in the axial direction of the rotor, so that, for example, the laminated core, in particular the second axial end face of the laminated core, rests at least indirectly, in particular directly, on the collar in the axial direction of the rotor. Furthermore, it is provided that the laminated core, in particular the second axial end face of the laminated core, is clamped at least indirectly, in particular directly, against the collar by means of the shaft nut in the axial direction of the rotor.
Grundsätzlich wäre es denkbar, dass auf der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets eine weitere Wellenmutter angeordnet ist, welche, insbesondere direkt, auf die Rotorwelle aufgeschraubt und mit der Rotorwelle, insbesondere direkt, verschraubt ist. Dabei können die vorigen und folgenden Ausführungen zur ersten Wellenmutter ohne Weiteres auch auf die zweite Wellenmutter übertragen werden und umgekehrt. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der Wellenmutter ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die erste Wellenmutter zu verstehen. Somit wäre es denkbar, dass das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar an der weiteren Wellenmutter abgestützt ist. Dem gegenüber hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar an dem Bund abgestützt und gegen den Bund gespannt ist. Der Bund stellt einen einfach und kostengünstig herzustellenden Anschlag dar, welcher relativ zur übrigen Rotorwelle in axialer Richtung des Rotors präzise und definiert positioniert ist. Ausgehend von dem Bund kann eine Maßkette auf einfache Weise und definiert aufgebaut werden, und es kann eine einfache Herstellung des Rotors realisiert werden. Außerdem kann das Blechpaket und die Sternscheibe mittels einer Wellenmutter fest gegen den Bund gespannt werden, so dass eine hohe Verspannung und Steifigkeit des Blocks realisiert werden kann. Somit können eine besonders hohe Laufruhe und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden.In principle, it would be conceivable for a further shaft nut to be arranged on the second axial end face of the laminated core, which is screwed, in particular directly, onto the rotor shaft and bolted to the rotor shaft, in particular directly. The previous and following statements on the first shaft nut can also be easily transferred to the second shaft nut and vice versa. When the shaft nut is mentioned above and below, this means the first shaft nut unless otherwise stated. It would therefore be conceivable for the laminated core to be supported at least indirectly on the further shaft nut in the axial direction of the rotor. In contrast, however, it has proven to be particularly advantageous if the laminated core is supported at least indirectly on the collar in the axial direction of the rotor and is clamped against the collar. The collar represents a stop that is easy and inexpensive to produce and is positioned precisely and in a defined manner relative to the rest of the rotor shaft in the axial direction of the rotor. Starting from the collar, a dimensional chain can be constructed in a simple and defined manner and the rotor can be manufactured easily. In addition, the laminated core and the star disk can be clamped tightly against the collar using a shaft nut, so that a high level of tension and rigidity of the block can be achieved. This ensures particularly smooth running and therefore particularly advantageous operation of the electrical machine.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in axialer Richtung des Rotors zwischen dem Bund und der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets eine zweite Sternscheibe angeordnet ist. Vorzugsweise ist die zweite Sternscheibe separat von der Rotorwelle, separat von dem Blechpaket, separat von der ersten Sternscheibe und separat von der Wellenmutter ausgebildet. Das Blechpaket ist dabei unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe, das heißt über die zweite Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors an dem Bund abgestützt, wobei das Blechpaket mittels der Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe und somit über die zweite Sternscheibe gegen den Bund gespannt ist. Insbesondere ist es denkbar, dass der zuvor genannte Block die zweite Sternscheibe aufweist. Dabei kann eine besonders starke, in axialer Richtung verlaufende Verspannung insbesondere des Blechpakets realisiert werden, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann. Insbesondere ist es denkbar, dass die Wicklung (auch) um die zweite Sternscheibe gewickelt ist.A further embodiment is characterized in that a second star disk is arranged in the axial direction of the rotor between the collar and the second axial end face of the laminated core. The second star disk is preferably designed separately from the rotor shaft, separately from the laminated core, separately from the first star disk and separately from the shaft nut. The laminated core is supported on the collar by means of the second star disk, i.e. via the second star disk in the axial direction of the rotor, wherein the laminated core is tensioned against the collar by means of the shaft nut in the axial direction of the rotor by means of the second star disk and thus via the second star disk. In particular, it is conceivable that the aforementioned block has the second star disk. In this case, a particularly strong tensioning in the axial direction, in particular of the laminated core, can be realized, so that a particularly advantageous operation of the electrical machine can be ensured. In particular, it is conceivable that the winding is (also) wound around the second star disk.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors einerseits direkt an dem Bund und andererseits direkt an der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets anliegt. Insbesondere weist die zweite Sternscheibe ein in axialer Richtung des Rotors von dem Blechpaket, insbesondere von der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets, und von der ersten Sternscheibe und von der Wellenmutter wegweisende und dem Bund zugewandte, zweite Seite, insbesondere zweite Stirnseite, auf, wobei beispielsweise der Bund in axialer Richtung direkt an der zweiten Seite der zweiten Sternscheibe anliegt. Dadurch können eine besonders hohe axiale Verspannung und somit eine besonders hohe Steifigkeit des genannten Blocks realisiert werden, so dass übermäßige Belastungen und Verformungen des Blechpakets insbesondere auch bei hohen Drehzahlen des Rotors vermieden werden können. Dadurch kann eine besonders hohe Laufruhe der elektrischen Maschine auch bei hohen Drehzahlen des Rotors gewährleistet werden.A further embodiment is characterized by the fact that the second star disk is axially Direction of the rotor, on the one hand, it rests directly on the collar and, on the other hand, directly on the second axial end face of the laminated core. In particular, the second star disk has a second side, in particular a second end face, pointing away from the laminated core, in the axial direction of the rotor, and away from the first star disk and the shaft nut and facing the collar, wherein, for example, the collar rests directly on the second side of the second star disk in the axial direction. This makes it possible to achieve particularly high axial bracing and thus particularly high rigidity of the said block, so that excessive loads and deformations of the laminated core can be avoided, particularly at high rotor speeds. This ensures that the electrical machine runs particularly smoothly, even at high rotor speeds.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Bund einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet ist. Dadurch kann das Blechpaket mittels der Wellenmutter besonders fest gegen den Bund gespannt werden, und der Rotor kann zeit- und kostengünstig hergestellt werden.Finally, it has proven to be particularly advantageous if the collar is formed in one piece with the rotor shaft. This means that the laminated core can be clamped particularly tightly against the collar using the shaft nut, and the rotor can be manufactured quickly and cost-effectively.
Beispielsweise steht die Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der ersten axialen Stirnseite ab, insbesondere derart, dass erste Längenbereiche der Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der ersten axialen Stirnseite abstehen und dadurch wenigstens einen ersten Wickelkopf der Wicklung bilden. Dabei ist beispielsweise die erste Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors zwischen dem ersten Wickelkopf und dem Blechpaket, insbesondere der ersten axialen Stirnseite, angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass die Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets absteht, insbesondere derart, dass zweite Längenbereiche der Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der zweiten axialen Stirnseite abstehen und dadurch wenigstens einen zweiten Wickelkopf der Wicklung bilden. Dabei ist es denkbar, dass die zweite Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors zwischen dem zweiten Wickelkopf und dem Blechpaket, insbesondere der zweiten axialen Stirnseite, angeordnet ist. Die jeweilige Sternscheibe wird insbesondere dazu verwendet, den jeweiligen Wickelkopf gegen hohe Fliehkräfte bei einer Rotation des Rotors mechanisch abzustützen. Ferner wird beispielsweise die jeweilige Sternscheibe verwendet, um die Wicklung umzulenken und somit vorteilhaft wickeln zu können.For example, the winding protrudes from the first axial end face in the axial direction of the rotor, in particular such that first length regions of the winding protrude from the first axial end face in the axial direction of the rotor and thereby form at least one first winding head of the winding. For example, the first star disk is arranged in the axial direction of the rotor between the first winding head and the laminated core, in particular the first axial end face. It is also conceivable that the winding protrudes from the second axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor, in particular such that second length regions of the winding protrude from the second axial end face in the axial direction of the rotor and thereby form at least one second winding head of the winding. It is conceivable that the second star disk is arranged in the axial direction of the rotor between the second winding head and the laminated core, in particular the second axial end face. The respective star disk is used in particular to mechanically support the respective winding head against high centrifugal forces when the rotor rotates. Furthermore, the respective star disk is used, for example, to redirect the winding and thus to be able to wind it advantageously.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche einen Stator und einen Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Um einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Maschine als eine stromerregte Synchronmaschine (SSM) ausgebildet ist. Hierdurch kann die Verwendung von seltenen Erden vermieden oder vorteilhaft geringgehalten werden, die elektrische Maschine ist vorteilhaft regelbar und besonders effizient betreibbar. Beispielsweise ist oder wird mittels der Wicklung ein Magnetfeld des Rotors erzeugbar oder erzeugt, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb darstellbar ist.A second aspect of the invention relates to an electrical machine which has a stator and a rotor according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa. In order to be able to realize a particularly advantageous operation of the electrical machine, it is provided in an embodiment of the second aspect of the invention that the electrical machine is designed as a current-excited synchronous machine (SSM). As a result, the use of rare earths can be avoided or advantageously kept to a minimum, the electrical machine can advantageously be controlled and operated particularly efficiently. For example, a magnetic field of the rotor can be generated or is generated by means of the winding, whereby a particularly advantageous operation can be achieved.
Offenbart ist auch ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeugs, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist und wenigstens eine elektrische Maschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.Also disclosed is a motor vehicle, also referred to simply as a vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, and has at least one electric machine according to the second aspect of the invention and can be driven by means of the electric machine, in particular purely electrically. Advantages and advantageous embodiments of the first aspect and the second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the motor vehicle and vice versa.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht eines Rotors für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs; -
2 eine schematische und perspektivische Explosionsansicht des Rotors; und -
3 eine schematische Perspektivansicht einer Sternscheibe des Rotors.
-
1 a schematic and partially sectioned side view of a rotor for an electric machine of a motor vehicle; -
2 a schematic and perspective exploded view of the rotor; and -
3 a schematic perspective view of a star disk of the rotor.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols.
Wie besonders gut in Zusammenschau mit
Aus
Das Blechpaket 6 weist einen ringförmigen, zentralen Bereich 15 auf, welcher auch als Joch oder Rotorjoch bezeichnet wird. Der Bereich 15 begrenzt eine zentrale Durchgangsöffnung 16 des Blechpakets 6, wobei die Durchgangsöffnung 16 von der Rotorwelle 5 durchdrungen ist. Von dem Bereich 15 stehen in radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin Pole 17 des Blechpakets 6 ab, wobei die Pole 17 in Umfangsrichtung (Doppelpfeil 14) des Rotors 1 aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Pole 17 in Umfangsrichtung des Rotors 1 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Hierdurch ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung des Rotors 1 benachbarten Pole 17 jeweils eine Rotornut 18 ausgebildet, so dass die Rotornuten 18 in Umfangsrichtung des Rotors 1 aufeinanderfolgend und dabei insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Rotorwicklungen sind um die Pole 17 und auch um die Sternscheiben 11 und 12 gewickelt, derart, dass erste Längenbereiche der Rotorwicklungen in den Rotornuten 18 verlaufen, zweite Längenbereiche der Rotorwicklungen in axialer Richtung des Rotors 1 von der Stirnseite 9 abstehen und dadurch erste Wickelköpfe der Rotorwicklungen bilden, und dritte Längenbereiche der Rotorwicklungen in axialer Richtung des Rotors 1 von der Stirnseite 10 abstehen und zweite Wickelköpfe der Rotorwicklungen bilden. Dies bedeutet, dass die ersten Wickelköpfe auf der ersten axialen Stirnseite 9 und die zweiten Wickelköpfe auf der zweiten axialen Stirnseite 10 angeordnet sind. Dabei ist die Sternscheibe 11 in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen dem jeweiligen, ersten Wickelkopf und dem Blechpaket 6, insbesondere der axialen Stirnseite 9, angeordnet, und die zweite Sternscheibe 12 ist in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen dem jeweiligen, zweiten Wickelkopf und dem Blechpaket 6, insbesondere der zweiten axialen Stirnseite 10, angeordnet.The
Des Weiteren weist das Blechpaket 6 Polschuhe 19 auf, insbesondere derart, dass je Pol 17 ein jeweiliger Polschuh 19 vorgesehen ist, wobei sich beispielsweise der jeweilige Polschuh 19 an den jeweiligen Pole 17 anschließt, insbesondere an einem von dem Bereich 15 abgewandten, in radialer Richtung des Rotors 1 äußeren Ende des jeweiligen Pols 17. Mit anderen Worten sind die Polschuhe 19 an jeweiligen, in radialer Richtung des Rotors 1 dem Bereich 15 gegenüberliegenden Enden der Pole 17 angeordnet, wobei die Polschuhe 19 verhindern, dass die zwischen dem Bereich 15 (Rotorjoch) und den Polschuhen 19 angeordneten Wickelköpfe bei einer um die Maschinendrehachse 4 relativ zu dem Stator erfolgenden Drehung des Rotors 1 von den Polen 17 rutschen. Beispielsweise sind in den Rotornuten 18 Deckschieber 20 angeordnet, welche die Rotornuten 18 insbesondere in radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin verschließen und verhindern, dass die Rotorwicklungen, insbesondere die ersten Längenbereiche, aus den Rotornuten 18 gedrückt werden.Furthermore, the
Aus
In
Um nun auch bei hohen Drehzahlen des Rotors 1 eine besonders hohe Laufruhe und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine gewährleisten zu können, weist der Rotor 1 eine sich in axialer Richtung des Rotors 1 an die Sternscheibe 11 anschließende und direkt auf die Rotorwelle 5 aufgeschraubte Wellenmutter 29 auf, mittels welcher die Sternscheibe 11 in axialer Richtung des Rotors 1 gegen das Blechpaket 6, insbesondere gegen die Stirnseite 9, gespannt ist. Aus
Aus der in axialer Richtung des Rotors 1 von der ersten axialen Stirnseite 9 wegweisenden, zweiten axialen Stirnseite 10 des Blechpakets 6 weist die Rotorwelle 5 einen einstückig mit der Rotorwelle 5 ausgebildeten, auch als Wellenbund bezeichneten Bund 31 auf, wobei das Blechpaket 6 in axialer Richtung des Rotors 1 derart mittelbar an dem Bund 31 abgestützt und derart mittels der Wellenmutter 29 in axialer Richtung des Rotors 1 mittelbar gegen den Bund 31 gespannt ist, dass in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen dem Bund 31 und der zweiten axialen Stirnseite 10 die separate, zweite Sternscheibe 12 angeordnet ist. Dabei ist das Blechpaket 6 unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe 12 in axialer Richtung des Rotors 1 an dem Bund 31 abgestützt und mittels der Wellenmutter 29 in axialer Richtung des Rotors 1 unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe 12 gegen den Bund 31 gespannt. Die zweite Sternscheibe 12 liegt direkt an der zweiten axialen Stirnseite 10 an und weist ein in axialer Richtung des Rotors 1 von der Stirnseite 10 und somit von dem Blechpaket 6, von der Sternscheibe 11 und von der Wellenmutter 29 wegweisende, zweite Seite 32 auf, welche direkt an dem Bund 31 anliegt. Mit anderen Worten liegt der Bund 31 in axialer Richtung des Rotors 1 direkt an der zweiten Seite 32 an.From the second axial end face 10 of the
Die jeweilige Sternscheibe 11, 12 wird beispielsweise auch als erstes Bauteil bezeichnet, und das Blechpaket 6 wird auch als zweites Bauteil bezeichnet. Es ist denkbar, dass eines der Bauteile, insbesondere die jeweilige Sternscheibe 11, 12, wenigstens einen oder mehrere Vorsprünge aufweist, der oder die beispielsweise in wenigstens eine oder mehrere, korrespondierende Ausnehmung oder Ausnehmungen eingreifen, so dass beispielsweise die jeweilige Sternscheibe 11, 12 derart formschlüssig mit dem Blechpaket 6 zusammenwirkt, dass in Umfangsrichtung des Rotors 1 verlaufende Relativdrehungen zwischen der jeweiligen Sternscheibe 11, 12 und dem Blechpaket 6 unterbleiben, mithin die jeweilige Sternscheibe 11, 12 und das Blechpaket 6 formschlüssig drehfest miteinander verbunden sind. Bei dem in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Rotorrotor
- 33
- SchleifringmodulSlip ring module
- 44
- MaschinendrehachseMachine rotation axis
- 55
- RotorwelleRotor shaft
- 66
- BlechpaketSheet metal package
- 77
- DoppelpfeilDouble arrow
- 88
- DoppelpfeilDouble arrow
- 99
- erste axiale Stirnseitefirst axial face
- 1010
- zweite axiale Stirnseitesecond axial face
- 1111
- erste Sternscheibefirst star disk
- 1212
- zweite Sternscheibesecond star disc
- 1313
- WicklungenWindings
- 1414
- DoppelpfeilDouble arrow
- 1515
- BereichArea
- 1616
- DurchgangsöffnungPassage opening
- 1717
- Polpole
- 1818
- RotornutRotor groove
- 1919
- PolschuhPole shoe
- 2020
- DeckschieberDeck slide
- 2121
- Bandagebandage
- 2222
- BereichArea
- 2323
- DurchgangsöffnungPassage opening
- 2424
- innenumfangsseitige Mantelflächeinner circumferential surface
- 2525
- Stegweb
- 2626
- EndstückEnd piece
- 2727
- erste Wickelköpfefirst winding heads
- 2828
- zweite Wickelköpfesecond winding heads
- 2929
- WellenmutterShaft nut
- 3030
- erste Seitefirst page
- 3131
- BundFederal
- 3232
- zweite Seitesecond page
- 3333
- Vorsprungprojection
- 3434
- AusnehmungRecess
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Also Published As
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