EP4205263A1 - Electric machine arrangement - Google Patents

Electric machine arrangement

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Publication number
EP4205263A1
EP4205263A1 EP21739961.7A EP21739961A EP4205263A1 EP 4205263 A1 EP4205263 A1 EP 4205263A1 EP 21739961 A EP21739961 A EP 21739961A EP 4205263 A1 EP4205263 A1 EP 4205263A1
Authority
EP
European Patent Office
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stator
electrical machine
rotor
machine arrangement
designed
Prior art date
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Pending
Application number
EP21739961.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Reimnitz
Ivo Agner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4205263A1 publication Critical patent/EP4205263A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
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Abstract

The invention relates to an electric machine arrangement (1) comprising an electric machine (2) having a stator (3) and a rotor (4), further comprising a component (6) supporting the stator (3), and comprising an output element (100) that is in contact with the rotor (4) for conjoint rotation therewith. According to the invention, the stator (3) is supported relative to the rotor (4) via at least a first bearing (61) in such a way as to be decoupled from the rotary motion of the rotor (4).

Description

Elektrische Maschinenanordnunq Electrical machine arrangement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschinenanordnung, umfassend eine elektrische Maschine für den Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Stator und mit einem Rotor, sowie umfassend eine den Stator abstützende Komponente (wie ein Gehäuse) und ein in drehfestem Kontakt mit dem Rotor stehendes Abtriebselement (wie beispielsweise eine Abtriebswelle). The present invention relates to an electrical machine arrangement, comprising an electrical machine for driving an electrically drivable motor vehicle, having a stator and a rotor, and comprising a component supporting the stator (such as a housing) and an output element in rotationally fixed contact with the rotor (such as an output shaft).
Bei Elektromotoren kommt es auf eine sehr genaue Ausrichtung der vom Magnetfeld durchströmten Teile an, da bereits geringe Positionsabweichungen der Teile untereinander den magnetischen Fluss (beispielsweise durch veränderte Luftspalte) nennenswert beeinflussen können. Daher ist es wichtig die mechanische Struktur des Elektromotors ausreichend robust zu gestalten, um die notwendige exakte Ausrichtung der elektrischen oder magnetischen Teile sicherzustellen. Bei der Ausgestaltung des Rotors und des Stators ist es daher wichtig, dass diese Komponenten weder durch vom Motor selbst hervorgerufene Kräfte noch durch von außen auf den Motor einwirkende Belastungen, oder durch Trägheitskräfte, wie insbesondre die auf den Rotor wirkende Fliehkraft, unzulässig stark verformt werden. Darüber hinaus muss auch die Lagerung des Rotors ausreichend steif sein, um die exakte Ausrichtung von Rotor und Stator zu gewährleisten. With electric motors, it is important to align the parts through which the magnetic field flows very precisely, since even small deviations in the position of the parts among one another can have a significant effect on the magnetic flux (e.g. due to altered air gaps). It is therefore important to make the mechanical structure of the electric motor sufficiently robust to ensure the necessary exact alignment of the electrical or magnetic parts. When designing the rotor and the stator, it is therefore important that these components are not deformed to an unacceptable degree either by forces generated by the motor itself or by external loads acting on the motor, or by inertial forces, such as the centrifugal force acting on the rotor . In addition, the bearing of the rotor must be sufficiently stiff to ensure the exact alignment of the rotor and stator.
Die Notwendigkeit, die Struktur des Elektromotors besonders steif zu gestalten, steht in der praktischen Ausgestaltung von Elektromotoren für Kraftfahrzeuge häufig im Widerspruch zu den im Fahrzeugbau immer bestehenden Anforderungen nach kompakter Bauweise, geringem Gewicht, hoher Leistungsdichte und geringen Kosten. In the practical design of electric motors for motor vehicles, the need to make the structure of the electric motor particularly stiff often conflicts with the requirements for compact design, low weight, high power density and low costs that always exist in vehicle construction.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektrischen Maschinenanordnung mit einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die einen möglichst bauraumsparenden Aufbau und zugleich eine hochgenaue Positionierung von Rotor und Stator zueinander gewährleistet. The present invention is based on the object of providing an electrical machine arrangement with an electrical machine that has a possible space-saving design and at the same time a highly precise positioning of the rotor and stator to each other.
Die Überlegungen zu der Erfindung wurden getragen von dem Gedanken „Statt alle tragenden Komponenten besonders steif, robust und groß auszuführen, ist es meist sinnvoller an geeigneten Stellen durch Zusatzmaßnahmen oder zusätzliche Bauteile dafür zu sorgen, dass die Belastung für die benachbarten Teile reduziert wird.“ Ebenso ist es meist sinnvoller kurze Toleranzketten oder toleranzunempfindliche Komponentenanordnungen zu realisieren, statt nur auf hochgenaue Fertigungsabläufe zu setzen. Hier setzt die Erfindung an. The deliberations on the invention were based on the idea "Instead of designing all load-bearing components to be particularly stiff, robust and large, it usually makes more sense to take additional measures or additional components at suitable points to ensure that the load on the neighboring parts is reduced." It is also usually more sensible to implement short tolerance chains or tolerance-insensitive component arrangements instead of just relying on high-precision production processes. This is where the invention comes in.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschinenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine erfindungsgemäße elektrische Maschinenanordnung umfasst eine elektrische Maschine mit einem Stator und mit einem Rotor, eine den Stator abstützende Komponente sowie ein in drehfestem Kontakt mit dem Rotor stehendes Abtriebselement. Gemäß der Erfindung ist der Stator über zumindest eine erste Lagerung von der Drehbewegung des Rotors entkoppelt gegen den Rotor abgestützt angeordnet. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass durch diese auf den ersten Blick vielleicht etwas umständlich wirkende Lösung, die mechanischen Belastungen, die auf die elektrische aktiven Teile des Motors, bzw. die die elektrisch aktiven Teile des Motors umgebenden Strukturen wirken, erheblich reduziert werden. Dadurch lassen sich Verformungen der Teile reduzieren, ohne die Teile selbst robuster ausführen zu müssen. This object is achieved by an electrical machine arrangement having the features of patent claim 1. An electrical machine arrangement according to the invention comprises an electrical machine with a stator and a rotor, a component supporting the stator and an output element in non-rotatable contact with the rotor. According to the invention, the stator is arranged supported against the rotor via at least one first bearing and is decoupled from the rotational movement of the rotor. This has the advantage that this solution, which at first glance may seem somewhat cumbersome, significantly reduces the mechanical stresses that act on the electrically active parts of the motor or on the structures surrounding the electrically active parts of the motor. This allows deformation of the parts to be reduced without having to make the parts themselves more robust.
Dadurch, dass der Stator auf dem Rotor gelagert wird, wird der Elektromotor zudem auch unempfindlicher gegenüber Lageabweichungen, Einbautoleranzen oder im Fährbetrieb auftretende temporäre Verlagerungen der Rotorwelle. Indem der Stator auf dem Rotor gelagert ist, ist die Position des Stators direkt an die aktuelle Position des Rotors gekoppelt, so dass Lageänderungen der Rotorwelle sich gleichermaßen auf Rotor und Stator auswirken. The fact that the stator is mounted on the rotor also makes the electric motor less sensitive to positional deviations, installation tolerances or temporary displacements of the rotor shaft that occur during ferry operation. Since the stator is mounted on the rotor, the position of the stator is directly linked to the current position of the rotor, so that changes in the position of the rotor shaft affect the rotor and stator equally.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Further advantageous refinements of the invention are specified in the dependently formulated claims. The features listed individually in the dependent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can define further refinements of the invention. In addition, the features specified in the claims are included in the description specified and explained in more detail, with further preferred embodiments of the invention being presented.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz oder nach ihrer Relevanz im Hinblick auf die Erfindung erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben. First, the individual elements of the claimed subject matter of the invention are explained in the order in which they are mentioned in the set of claims or according to their relevance with regard to the invention, and particularly preferred configurations of the subject matter of the invention are described below.
Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Electrical machines are used to convert electrical energy into mechanical energy and/or vice versa, and generally include a stationary part referred to as a stator, stand or armature and a part referred to as a rotor or runner and arranged movably relative to the stationary part.
Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. In the case of electrical machines designed as rotary machines, a distinction is made in particular between radial flux machines and axial flux machines. A radial flux machine is characterized in that the magnetic field lines extend in the radial direction in the air gap formed between rotor and stator, while in the case of an axial flux machine the magnetic field lines extend in the axial direction in the air gap formed between rotor and stator.
Das Gehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Gehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Gehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine sein und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Gehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden kann und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Gehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen. The housing encloses the electrical machine. A housing can also accommodate the control and power electronics. The housing can also be part of a cooling system for the electric machine and can be designed in such a way that cooling fluid can be supplied to the electric machine via the housing and/or the heat can be dissipated to the outside via the housing surfaces. In addition, the housing protects the electrical machine and any electronics that may be present from external influences.
Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Durch diesen Aufbau werden die durch das Statorfeld verursachten Wirbelströme im Stator geringgehalten. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern. The stator of a radial flow machine is usually constructed cylindrically and generally consists of electrical laminations that are electrically insulated from one another and are constructed in layers and packaged to form laminated cores. This structure keeps the eddy currents in the stator caused by the stator field low. Distributed over the circumference, grooves or circumferentially closed recesses are embedded in the electrical lamination running parallel to the rotor shaft, which accommodate the stator winding or parts of the stator winding. Depending on the construction towards the surface, the slots can be closed with locking elements such as locking wedges or covers or the like in order to prevent the stator winding from being detached.
Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Insbesondere wird von einem Rotor gesprochen, wenn es auch einen Stator gibt. Der Rotor umfasst in der Regel eine Rotorwelle und einen oder mehrere drehfest auf der Rotorwelle angeordnete Rotorkörper. Die Rotorwelle kann auch hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Wenn die Rotorwelle hohl ausgeführt ist, können auch Bauteile, beispielsweise Wellen, von benachbarten Aggregaten in den Rotor hinein oder durch den Rotor hindurch ragen, ohne die Funktionsweise der elektrischen Maschine negativ zu beeinflussen. A rotor is the spinning (rotating) part of an electrical machine. In particular, one speaks of a rotor when there is also a stator. The rotor generally comprises a rotor shaft and one or more rotor bodies arranged on the rotor shaft in a rotationally fixed manner. The rotor shaft can also be hollow, which on the one hand saves weight and on the other hand allows lubricant or coolant to be supplied to the rotor body. If the rotor shaft is hollow, components, for example shafts, from adjacent units can protrude into the rotor or through the rotor without negatively influencing the functioning of the electrical machine.
Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein sich axial erstreckender kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht. Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine, wie beispielsweise eine als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial, parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine gerichtet. Der gebildete Luftspalt bei einer Axialflussmaschine ist somit im Wesentlichen ringscheibenförmig ausgebildet. The gap between the rotor and the stator is called the air gap. In a radial flux machine, this is an axially extending annular gap with a radial width that corresponds to the distance between the rotor body and the stator body. The magnetic flux in an electrical axial flux machine, such as an electrical drive machine of a motor vehicle designed as an axial flux machine, is directed axially in the air gap between the stator and rotor, parallel to the axis of rotation of the electrical machine. The air gap that is formed in an axial flow machine is thus essentially in the form of a ring disk.
Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine, wie beispielsweise eine als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial, parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine gerichtet. Axialflussmaschinen werden unter anderem mit Blick auf Ihren Ausbau unterschieden in Axialflussmaschinen in (-Anordnung und in Axialflussmaschinen in H-Anordnung. Unter einer Axialflussmaschine in I-Anordnung wird eine elektrische Maschine verstanden, bei der eine einzelne Rotorscheibe der elektrischen Maschine zwischen zwei Statorhälften eines Stators der elektrischen Maschine angeordnet und über diese mit einem elektromagnetischen Drehfeld beaufschlagbar ist. Unter einer Axialflussmaschine in H-Anordnung wird eine elektrische Maschine verstanden, bei der zwei Rotorscheiben eines Rotors der elektrischen Maschine in dem axial zwischen sich befindlichen Ringraum einen Stator der elektrischen Maschine aufnehmen, über den die beiden Rotorscheiben mit einem elektromagnetischen Drehfeld beaufschlagbar sind. The magnetic flux in an electrical axial flux machine, such as an electrical drive machine of a motor vehicle designed as an axial flux machine, is directed axially in the air gap between the stator and rotor, parallel to the axis of rotation of the electrical machine. Axial flux machines are differentiated, among other things with a view to their expansion, into axial flux machines in an (-arrangement and in axial flux machines in an H-arrangement. An axial flux machine in an I-arrangement is understood as an electrical machine in which a single rotor disk of the electrical machine is placed between two stator halves of a stator of the electrical machine and can be acted upon by a rotating electromagnetic field under an axial flow machine in an H arrangement understood as an electrical machine in which two rotor disks of a rotor of the electrical machine in the annular space located axially between them receive a stator of the electrical machine, via which the two rotor disks can be subjected to a rotating electromagnetic field.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die den Stator abstützende Komponente als ein Gehäuse der elektrischen Maschine ausgebildet ist, wodurch eine entsprechend kompakte Bauform als auch ein entsprechender Schutz von Rotor und Stator als auch von dessen Lagerung zueinander gewährleistet wird. According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the component supporting the stator is designed as a housing of the electrical machine, which ensures a correspondingly compact design and corresponding protection of the rotor and stator as well as their mutual storage.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Rotor über eine zweite Lagerung mittels zumindest einer ersten Lagerstelle an der abstützenden Komponente gelagert ist. Wenn der Stator auf dem Rotor abgestützt ist, kommt der Rotorlagerung die Aufgabe zu, die gesamte elektrische Maschine abzustützen und die korrekte Lage und Ausrichtung der elektrischen Maschine relativ zu ihren Umgebungsbauteilen sicherzustellen. Indem der Rotor an der beispielsweise als Gehäuse ausgeführten abstützenden Komponente gelagert ist, kann auf einfache Weise die Rotorlage und die Lage des Gesamtsystems stabilisiert werden. According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the rotor is mounted on the supporting component via a second bearing by means of at least one first bearing point. If the stator is supported on the rotor, the task of the rotor bearing is to support the entire electric machine and to ensure the correct position and alignment of the electric machine relative to its surrounding components. The rotor position and the position of the overall system can be stabilized in a simple manner by the rotor being mounted on the supporting component, which is embodied as a housing, for example.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Stator unter Zwischenschaltung eines Längenausgleichselements in Rotationsrichtung abgestützt und zumindest axialbeweglich gegenüber der den Stator abstützenden Komponente an dieser angebunden ist. Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the stator is supported with the interposition of a length compensation element in the direction of rotation and is connected to the component supporting the stator at least in an axially movable manner.
Durch die vorzugsweise am radial äußern Bereich des Stators angeordnete Drehmomentabstützung durch das Längenausgleichselement in Kombination mit der ersten Lagerung über die sich der Stator von der Drehbewegung des Rotors entkoppelt auf dem Rotor abstützt, wird der Stator von der Drehbewegung des Rotors abgekoppelt und so verhindert, dass der Stator sich unzulässig weit verdreht oder mitrotiert. Über diese Drehmomentabstützung wird das Reaktionsmoment abgestützt, das immer entsteht, wenn der Motor ein Drehmoment erzeugt, das von der Rotorwelle auf ein nachgelagertes Aggregat des Antriebstranges übertragen wird.The torque support, which is preferably arranged on the radially outer area of the stator by the length compensation element, in combination with the first bearing via which the stator is supported on the rotor and is decoupled from the rotary movement of the rotor, decouples the stator from the rotary movement of the rotor and thus prevents the stator is twisted to an impermissible extent or rotates as well. This torque support supports the reaction torque that always occurs when the engine generates a torque that is transmitted from the rotor shaft to a downstream unit of the drive train.
In Umfangsrichtung betrachtet ist der Stator über das Längenausgleichselement quasi fest mit dem Motorgehäuse verbunden, wie es für die Funktion des Motors notwendig ist. Für alle anderen Bewegungsrichtungen stellt die Drehmomentabstützung keine relevante Einschränkung da, so dass sich der Stator durch die Lagerstelle zwischen Stator und Rotor immer an der Lage des Rotors ausrichten kann und auch Lageänderungen des Rotors folgen kann, wie sie beispielsweise im Fährbetrieb durch elastische Verformungen oder Wärmedehnungen des E-Motorgehäu- ses und/oder der E-Motorwelle auftreten können. Mit Vorteil ist das Längenausgleichselement als sich in axialer Richtung oder in radialer Richtung erstreckender Fortsatz ausgebildet, der bereichsweise in einer korrespondierenden Ausnehmung geführt angeordnet ist, wobei der Fortsatz entweder am Stator oder an der den Stator abstützenden Komponente angebunden ist und wobei die korrespondierende Ausnehmung in der abstützenden Komponente oder im Stator ausgebildet ist. Hierdurch wird über das Längenausgleichelement eine konstruktiv einfache und wirksame Drehmomentabstützung des Stators gewährleistet und zugleich eine Beweglichkeit von Stator und Rotor ermöglicht, die es erlaubt kleinere Lageveränderungen von Rotor und/oder Stator - beispielsweise durch Wärmedehnungen oder dergleichen - auszugleichen bzw. diesen zu folgen. Viewed in the circumferential direction, the stator is above the length compensation element almost permanently connected to the engine housing, as is necessary for the engine to function. For all other directions of movement, the torque support is not a relevant limitation, so that the stator can always be aligned with the position of the rotor through the bearing point between the stator and rotor and can also follow changes in the rotor's position, such as those caused by elastic deformation or thermal expansion in ferry operation of the electric motor housing and/or the electric motor shaft. Advantageously, the length compensation element is designed as an extension that extends in the axial direction or in the radial direction, which is guided in some areas in a corresponding recess, the extension being connected either to the stator or to the component supporting the stator, and the corresponding recess in the supporting component or is formed in the stator. This ensures a structurally simple and effective torque support of the stator via the length compensation element and at the same time enables mobility of the stator and rotor, which allows smaller position changes of the rotor and/or stator - for example due to thermal expansion or the like - to be compensated for or followed.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass der Fortsatz in der korrespondieren Ausnehmung über ein elastisches Element zumindest in einer Umfangsrichtung kraftbeaufschlagt angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass durch die Elastizität des elastischen Elements definierte geringe axiale und radiale Verlagerungen sowie leichtes Verkippen zwischen dem beispielsweise als Stift ausgeführten Fortsatz und der beispielsweise als zylindrische Bohrung ausgeführten korrespondierenden Ausnehmung ermöglicht ist. Diese Verlagerungsfähigkeit zwischen Gehäuse der elektrischen Maschine und dem Statorgehäuse ist im Sinne der Drehmomentabstützung in Umfangsrichtung vernachläs- sigbar, im Hinblick auf alle anderen Bewegungen, die der Stator ausführen muss, um der Lage des Rotors zu folgen, ist sie aber ausreichend groß. Mit Vorteil ist das elastische Element dabei als Elastomer oder als Spiral- oder Blattfeder ausgebildet, wodurch eine einfache und bauraumsparende elastische Drehmomentabstützung erreicht wird. Hierdurch werden Relativbewegungen ermöglicht und Klappergeräusche wirkungsvoll unterbunden. Die Drehmomentabstützung zwischen Stator und Gehäuse kann auch auf andere Weise erfolgen. Besonders sinnvoll ist es, das Drehmoment in Form einer tangentialen Kraft, über ein ebenfalls tangential oder näherungsweise tangential angeordnetes Element, zu übertragen. Dieses tangential angeordnete Element sollte eine schlanke längliche Form aufweisen, an deren in Längsrichtung gegenüberliegenden Endbereichen sich jeweils eine Befestigungsstelle anschließt, mit der das Element auf der einen Seite am Stator und auf der anderen Seite am Gehäuse der elektrischen Maschine befestigt werden kann. Das Drehmoment der elektrischen Maschine kann dann in Form von Zug- oder Druckkräften in Längsrichtung des Elementes übertragen werden. Alle anderen Bewegungen des Stators werden durch eine elastische Verformung des Elementes ermöglicht. Diese elastischen Verformungen erfolgen im Wesentlichen durch elastische Auslenkung der beiden Endbereiche relativ zueinander (Die elastische Auslenkung erfolgt dabei hauptsächlich orthogonal zur Längsrichtung des Elementes und durch Torsion des Elementes). Hierfür kann die Erfindung dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Längenausgleichselement aus zumindest einer umfänglich am Stator angebundenen Blattfeder oder aus zumindest einem umfänglich am Stator angebundenen Blattfederpaket gebildet ist. Besonders bevorzugt ist das Längenausgleichselement jedoch durch eine Mehrzahl von umfänglich am Stator verteilt angebundener Blattfedern o- der einer Mehrzahl von umfänglich am Stator verteilt angebundenen Blattfederpaketen ausgebildet. Durch mehrere auf dem Umfang verteilte Längenausgleichselemente können hohe Drehmomente besonders gut abgestützt werden. Die Kombination aus mehreren auf dem Umfang verteilten Blattfedern lässt wesentlich weniger radiale Verlagerung des Stators relativ zum Gehäuse zu, als dies bei einem einzelnen Längenausgleichselement der Fall ist. Daher muss ein über mehrere auf dem Umfang verteilt angeordnete Längenausgleichselemente angebundener Stator bei der Montage sehr genau zur Rotationsachse des Rotors ausgerichtet werden. Da die auf dem Umfang verteilten Längenausgleichselemente ein späteres radiales wegwandern des Stators aus dieser Position verhindern wollen, nehmen die auf dem Umfang verteilten Längenausgleichselemente Radialkräfte des Stators auf und übertragen diese auf das Gehäuse. Daher überträgt ein mit mehreren auf dem Umgang verteilten angeordneten Blattfedern befestigter Stator fast keine durch das Drehmoment verursachte radiale Abstützkraft über die Lagerung zwischen Stator und Rotor auf den Rotor, wie dies bei Statoren der Fall ist, die mit nur einem nur in tangentialer Richtung Kräfte übertragenden Längenausgleichselement am Gehäuse abgestützt sind. Dadurch sind mehrere auf dem Umfang verteilten Längenausgleichselemente gut geeignet, um Statoren von elektrischen Maschinen abzustützen, die besonders hohe Drehmomente erzeugen. Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the extension is arranged in the corresponding recess via an elastic element under the action of a force at least in one circumferential direction. The advantage of this configuration is that defined by the elasticity of the elastic element, small axial and radial displacements and slight tilting between the extension designed as a pin, for example, and the corresponding recess designed as a cylindrical bore, for example, are made possible. This displacement capacity between the housing of the electrical machine and the stator housing is negligible in terms of torque support in the circumferential direction, but it is sufficiently large with regard to all other movements that the stator has to perform in order to follow the position of the rotor. Advantageously, the elastic element is designed as an elastomer or as a spiral or leaf spring, as a result of which a simple and space-saving elastic torque support is achieved. This enables relative movements and effectively prevents rattling noises. The torque support between the stator and the housing can also take place in other ways. It is particularly useful to transmit the torque in the form of a tangential force via an element that is also arranged tangentially or approximately tangentially. This tangentially arranged element should have a slender, elongated shape, with a fastening point adjoining the opposite end regions in the longitudinal direction, with which the element can be fastened to the stator on one side and to the housing of the electrical machine on the other side. The torque of the electrical machine can then be transmitted in the form of tensile or compressive forces in the longitudinal direction of the element. All other movements of the stator are made possible by elastic deformation of the element. These elastic deformations essentially take place as a result of elastic deflection of the two end regions relative to one another (the elastic deflection takes place mainly orthogonally to the longitudinal direction of the element and as a result of torsion of the element). For this purpose, the invention can be further developed such that the length compensation element is formed from at least one leaf spring connected circumferentially to the stator or from at least one leaf spring assembly connected circumferentially to the stator. Particularly preferably, however, the length compensation element is formed by a plurality of leaf springs distributed circumferentially on the stator connected to it or a plurality of leaf spring packets distributed circumferentially connected to the stator. High torques can be supported particularly well by means of several length compensation elements distributed around the circumference. The combination of several leaf springs distributed around the circumference allows for significantly less radial displacement of the stator relative to the housing than is the case with a single length compensation element. Therefore, a stator connected via several length compensation elements distributed around the circumference must be aligned very precisely to the axis of rotation of the rotor during assembly. Since the length compensation elements distributed on the circumference want to prevent the stator from later radially wandering away from this position, the length compensation elements distributed on the circumference absorb radial forces of the stator and transfer them to the housing. Therefore, a stator fixed with a plurality of leaf springs arranged distributed on the circumference transmits almost no radial supporting force caused by the torque via the bearing between the stator and rotor on the rotor, as is the case with stators that are supported on the housing with only one length compensation element that transmits forces only in the tangential direction. As a result, several length compensation elements distributed around the circumference are well suited to supporting stators of electrical machines that generate particularly high torques.
Alternativ zu vorstehender Ausführungsform kann die Drehmomentabstützung auch über ein in sich starres tangential oder näherungsweise tangential angeordnetes Element erfolgen, wenn die beiden zueinander beabstandeten Befestigungsstellen, über die das Element auf der einen Seite am Stator und auf der anderen Seite am Gehäuse der elektrischen Maschine oder einem anderen den Stator abstützenden Bauteil befestigt ist, Rotationsbewegungen in mehrere Raumrichtungen zulassen aber gleichzeitig den Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen am Stator und am Gehäuse konstant halten. Hierfür kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Längenausgleichselement als Koppelstange ausgebildet ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Koppelstange an zumindest einem ihrer freien axialen Enden eine Gelenkverbindung, insbesondere eine Kugelgelenkverbindung, oder eine elastische Verbindung, insbesondere einen mit einem Elastomer ausgestatten Verbindungskopf, aufweist. Durch eine klare Funktionstrennung zwischen dem länglichen knickstabilen Bereich der Drehmomentabstützung durch den die durch das Motordrehmoment hervorgerufenen Tangentialkräfte des Stators in Form von Zug- oder Druckkräften zwischen dem beiden Befestigungsstellen des Längenausgleichselemente übertragen werden und den in alle Raumrichtungen neigbaren Befestigungsstellen, lässt ich besonders gut eine auch für hohen Drehmomente geeignete Drehmomentabstützung realisieren, die gleichzeitig große axiale und radiale Verlagerungen sowie Verkippungen und Taumelbewegungen des Stators zulässt. As an alternative to the above embodiment, the torque can also be supported via an inherently rigid tangentially or approximately tangentially arranged element if the two spaced-apart fastening points via which the element is connected on the one side to the stator and on the other side to the housing of the electrical machine or a other component supporting the stator, allow rotational movements in several spatial directions but at the same time keep the distance between the two attachment points on the stator and on the housing constant. For this purpose, the invention can also be implemented in an advantageous manner in that the length compensation element is designed as a coupling rod. In particular, it can be provided that the coupling rod has an articulated connection, in particular a ball joint connection, or an elastic connection, in particular a connection head equipped with an elastomer, on at least one of its free axial ends. Due to a clear functional separation between the elongated, kink-resistant area of the torque support through which the tangential forces of the stator caused by the motor torque are transmitted in the form of tensile or compressive forces between the two attachment points of the length compensation element and the attachment points that can be tilted in all spatial directions, I can also say that one is particularly good implement torque support suitable for high torques, which at the same time allows large axial and radial displacements as well as tilting and wobbling movements of the stator.
Sinnvollerweise wird eine Drehmomentabstützung mit zwei auf dem Umfang versetzten Befestigungsstellen so angeordnet, dass in der Umfangsrichtung gesehen, in der die elektrische Maschine im Betrieb das größere Moment auf die nachgelagerten Bauteile überträgt, die Befestigungsstelle der Drehmomentabstützung am Stator vor den Befestigungsstellen der Drehmomentabstützung an der den Stator abstützenden Komponente (z.B. dem Gehäuse der elektrischen Maschine) liegt, damit das größte Drehmoment der elektrischen Maschine in Form einer tangentialen Zugkraft über die Drehmomentabstützung übertragen wird. In der anderen Umfangsrichtung, in der die elektrische Maschine das geringere Drehmoment liefert, überträgt die Drehmomentabstützung dann dieses Drehmoment durch Druckkräfte. A torque support with two attachment points offset on the circumference is arranged in such a way that, viewed in the circumferential direction in which the electric machine transmits the greater torque to the downstream components during operation, the attachment point of the torque support on the stator is in front of the attachment points of the torque support on the den component that supports the stator (e.g. the housing of the electrical machine), so that the greatest torque of the electrical machine is transmitted in the form of a tangential tensile force via the torque support. In the other circumferential direction, in which the electric machine delivers the lower torque, the torque support then transmits this torque through compressive forces.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Längenausgleichselement als sich in axialer Richtung oder in radialer Richtung erstreckende und als Wellrohr ausgebildete Versorgungsleitung für Kühlmittel ausgebildet ist. Da das Wellrohr ein elastisches Bauteil darstellt, das zwischen zwei beabstandeten Befestigungspunkten Kräfte übertragen kann und gleichzeitig einen inneren Hohlraum dicht umschließt, kann das Wellrohr gleichzeitig als Drehmomentabstützung und als Versorgungsleitung dienen. Das Wellrohr überträgt dann die durch das Drehmoment der elektrischen Maschine hervorgerufenen Tangentialkräfte vom Stator der elektrischen Maschine auf die die elektrische Maschine abstützende Komponente (beispielsweise ein Gehäuse). Die Axialbewegungen, Radialbewegungen und Kippbewegungen des Stators werden durch die Flexibilität des Wellrohres nicht nennenswert beeinflusst , da sich das Wellrohr in Rahmen dieser geringen räumlichen Verlagerungen elastisch verformen kann und dabei auch immer einen dichten Innenraum bildet, durch den das Fühlmittel hindurchgeleitet werden kann. According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the length compensation element is designed as a supply line for coolant which extends in the axial direction or in the radial direction and is designed as a corrugated tube. Since the corrugated tube is an elastic component that can transmit forces between two spaced attachment points and at the same time tightly encloses an inner cavity, the corrugated tube can serve as a torque support and as a supply line at the same time. The corrugated tube then transmits the tangential forces caused by the torque of the electric machine from the electric machine stator to the component (eg, a housing) supporting the electric machine. The axial movements, radial movements and tilting movements of the stator are not significantly influenced by the flexibility of the corrugated tube, since the corrugated tube can deform elastically within the scope of these small spatial displacements and always forms a tight interior space through which the sensor can be passed.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Versorgungsleitungen ausgebildet sind, eine aufgrund der Zwischenschaltung des Längenausgleichselements zwischen Stator und der den Stator abstützenden Komponente zugelassene axiale Verschiebung des Stators, um eine vorbestimmte maximale Wegstrecke, auszugleichen. Dadurch kann erreicht werden, dass sich der Stator an der aktuellen Lage des Rotors ausrichten kann aber nicht mitdreht, und alle Verbindungs- bzw. Versorgungsleitungen (z.B. Kabel, Stromschienen, Schläuche oder Rohre), die für die Stromversorgung, Ansteuerung, Kühlung und Überwachung des Stators notwendig sind, zwischen dem Stator und dem E- Motorgehäuse flexibel ausgeführt sind und der Stator durch ein ebenfalls flexibles Drehmomentabstützungselement (vorstehend auch als Längenausgleichselement bezeichnet) mit dem E-Motorgehäuse verbunden ist. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine als Kühlmittelleitung ausgebildete Versorgungsleitung zumindest abschnittsweise durch eine elastische und/oder verschiebbare Dichtung, durch ein elastisches Wellrohr, durch einen elastischen Balg oder durch einen elastischen Schlauch gebildet ist, derart, dass eine Kühlmittelversorgung des Stators in allen axialen Positionen, die durch das axiale Längenausgleichselement zwischen Stator und der den Stator abstützenden Komponente ermöglicht sind, gewährleistet ist. In a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the supply lines are designed to compensate for an axial displacement of the stator that is permitted due to the interposition of the length compensation element between the stator and the component supporting the stator, by a predetermined maximum distance. This means that the stator can align itself with the current position of the rotor but does not rotate, and all connection or supply lines (e.g. cables, busbars, hoses or pipes) that are required for the power supply, control, cooling and monitoring of the Stators are necessary, are designed to be flexible between the stator and the electric motor housing and the stator is connected to the electric motor housing by a torque support element that is also flexible (above also referred to as a length compensation element). According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that a supply line designed as a coolant line is formed at least in sections by an elastic and/or displaceable seal, by an elastic corrugated pipe, by an elastic bellows or by an elastic hose, such that a coolant supply to the stator is guaranteed in all axial positions that are made possible by the axial length compensation element between the stator and the component supporting the stator.
Besonders bevorzugt umfasst die als Kühlmittelleitung ausgebildete Versorgungsleitung einen Rohrabschnitt, der an zumindest einem axialen Ende mit einer elastischen und/oder verschiebbaren Dichtung ausgebildet und in einer Aufnahme, verschiebbar geführt angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders stabile und langlebige Lösung einer bereichsweise beweglichen Versorgungsleitung für Kühlmittel geschaffen. Particularly preferably, the supply line designed as a coolant line comprises a tube section which is designed with an elastic and/or displaceable seal at at least one axial end and is arranged displaceably guided in a receptacle. This creates a particularly stable and long-lasting solution for a supply line for coolant that can be moved in certain areas.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Koppelstange zur Zuführung von Kühlmittel zum Stator im Inneren hohl ausgebildet ist und/oder für die elektrische Versorgung des Stators zumindest bereichsweise elektrisch leitend ausgebildet ist. Durch eine Funktionsintegration der Drehmomentabstützfunktion und der Aufgabe Kühlmittel oder elektrischen Strom zu übertragen in eine gemeinsame Baugruppe, die zumindest teilweise dieselben Bauteile für die beiden Funktionen nutzt, kann Bauraum und oder Kosten eingespart werden. Da die Drehmomentabstützung und die flexiblen Versorgungsleitungen zwangsweise mehr Bauraum beanspruchen und aufwendigere Bauteile benötigen, als starre Verbindungselemente, bietet die Funktionsintegration den großen Vorteil, zumindest einen Teil dieses Bauraum- und Kostennachteils wieder zu kompensieren. In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the coupling rod for supplying coolant to the stator is hollow on the inside and/or is designed to be electrically conductive at least in regions for the electrical supply of the stator. A functional integration of the torque support function and the task of transferring coolant or electric current in a common assembly that at least partially uses the same components for the two functions can save installation space and/or costs. Since the torque support and the flexible supply lines inevitably take up more space and require more complex components than rigid connecting elements, the functional integration offers the great advantage of compensating for at least part of this disadvantage in terms of space and costs.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine als Stromleitung ausgebildete Versorgungsleitung zumindest abschnittsweise längenelastisch ausgebildet ist oder in ihrer Länge und Ausbildung derart bemessen ist, dass eine elektrische Versorgung des Stators in allen axialen Positionen, die durch das axiale Längenausgleichselement zwischen Stator und der den Stator abstützenden Komponente ermöglicht sind, gewährleistet ist. Bezüglich der entstehenden Vorteile wird auf den vorhergehenden Absatz verwiesen. It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that a supply line designed as a power line is designed to be elastic in length at least in sections or is dimensioned in terms of its length and design in such a way that an electrical supply of the stator is possible in all axial positions that are caused by the axial length compensation element between the stator and the the stator supporting component are made possible is guaranteed. With regard to the resulting advantages, reference is made to the previous paragraph.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass eine als Stromleitung ausgebildete Versorgungsleitung zumindest bereichsweise einen, eine Verlängerung der Versorgungsleitung ermöglichenden Längenausgleichsabschnitt aufweist, wobei der Längenausgleichsabschnitt insbesondere durch ein Kabel, durch eine elastische Stromschiene, durch eine Leiterspirale oder durch ein elastisches, elektrisch leitendes Leitergeflecht gebildet ist. In dem die Versorgungsleitungen einen Längenausgleich ermöglicht und sich so an sich ändernde Abstände zwischen zwei Befestigungsstellen anpassen kann, kann sich der Stator räumlich begrenzt bewegen, ohne die Versorgungsleitungen zu beschädigen. Der Längenausgleich der Verbindungsleitungen ist dabei sowohl dann sinnvoll, wenn die Versorgungsleitung im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet ist und eine axiale Verlagerung des Rotors direkt einer Längenänderung der Versorgungsrichtung bedingt, als auch wenn die Versorgungsleitung hauptsächlich radial angeordnet ist und ein axiale Verlagerung des Stators eine näherungsweise s-förmige Verformung oder Schrägstellung der Versorgungsleitung hervorruft, bei der sich ebenfalls die Länge der Versorgungsleitung ändert. According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that a supply line designed as a power line has at least in some areas a length compensation section that enables the supply line to be extended, the length compensation section being provided in particular by a cable, by an elastic busbar, by a spiral conductor or by an elastic , Electrically conductive conductor mesh is formed. Because the supply lines allow length compensation and can thus adapt to changing distances between two attachment points, the stator can move within a limited space without damaging the supply lines. The length compensation of the connecting lines makes sense both when the supply line is arranged essentially parallel to the axis of rotation of the electrical machine and an axial displacement of the rotor directly causes a change in length of the supply direction, as well as when the supply line is arranged mainly radially and an axial displacement of the Stator causes an approximately S-shaped deformation or inclination of the supply line, which also changes the length of the supply line.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die als Strom leitungen ausgebildeten Versorgungsleitungen zur elektrischen Versorgung der elektrischen Maschine gebildet sind durch zumindest zwei umfänglich verteilt am Stator angeordnete Blattfedern oder Blattfederpakete. Hierdurch wird eine konstruktiv besonders interessante Lösung für die Kontaktierung der Statorwicklungsenden geschaffen. Eine aufwändige Umleitung der Statorwicklungsenden zu einer gemeinsamen zentralen Anschlussstelle kann entfallen und die Statorwicklungsenden können umfänglich dort angebunden werden, wo sie denn auch am Ende der Bewicklung umfänglich am Stator auskommen. Finally, the invention can also be advantageously implemented such that the supply lines designed as power lines for the electrical supply of the electrical machine are formed by at least two leaf springs or leaf spring assemblies distributed circumferentially on the stator. This creates a structurally particularly interesting solution for contacting the ends of the stator winding. A complex redirection of the stator winding ends to a common central connection point can be omitted and the stator winding ends can be connected circumferentially where they come out circumferentially on the stator at the end of the winding.
Mit Vorteil kann die als Stromleitung ausgebildete Versorgungsleitung flachbandartig ausgebildet sein, wobei die Stromleitung derart an den Stator angebunden ist, dass die Bandebene der Strom leitung sich senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung des Stators erstreckt. Bei einer flachbandartigen Form weist die Strom leitung senkrecht zur Bandebene ihre mit Abstand geringste Breite auf und ist somit senkrecht zur Bandebene am flexibelsten. Wird die Bandebene senkrecht zur Rotationsachse des Rotors und somit senkrecht zur Axialrichtung des Stators ausgerichtet, ist die Richtung, in der die Strom leitung die höchste Flexibilität aufweist, in derselben Richtung ausgerichtet, in der die größten Verlagerungen des Stators zu erwarten sind. Durch diese Ausrichtung und die flachbandartige Form, lassen sich besonders wirtschaftlich Strom leitungen realisieren, die einen ausreichend großen Querschnitt aufweisen, um den Strom für die elektrische Maschine zu übertragen und gleichzeitig in axialer Richtung der elektrischen Maschine ausreichend flexibel sind. The supply line designed as a power line can advantageously be formed like a flat strip, the power line being connected to the stator in such a way that the strip plane of the power line is perpendicular to the axial Direction of movement of the stator extends. In the case of a flat strip-like shape, the power line has by far its smallest width perpendicular to the strip plane and is therefore most flexible perpendicular to the strip plane. If the strip plane is aligned perpendicular to the axis of rotation of the rotor and thus perpendicular to the axial direction of the stator, the direction in which the current line has the greatest flexibility is aligned in the same direction in which the largest displacements of the stator are to be expected. This alignment and the flat strip-like shape make it particularly economical to implement power lines that have a sufficiently large cross section to transmit the current for the electrical machine and at the same time are sufficiently flexible in the axial direction of the electrical machine.
Bevorzugt ist der Rotor über die erste Lagerung, welche in einem sich in radialer Richtung zwischen Rotor und Stator gebildeten Ringspalt angeordnet ist, mittels einer ersten Lagerstelle und mittels einer von der ersten Lagerstelle axial beabstan- deten zweiten Lagerstelle am Stator gelagert - besonders bevorzugt derart, dass der Rotor über ein erstes Wälzlager, welches zwischen im Stator und im Rotor ausgebildeten Widerlagerstellen, axial fixiert angeordnet ist, und über ein zweites Wälzlager, welches zwischen im Stator und im Rotor ausgebildeten Widerlagerstellen, axial fixiert angeordnet ist, gelagert ist. Durch die zwei axial beabstandeten Lagerstellen werden der Stator und der Rotor besonders exakt und kippstabil zueinander geführt und ausgerichtet. Die axialen Wiederlagerstellen, die es beiden Wälzlagern ermöglichen zumindest in einer Richtung Axialkräfte zwischen dem Stator und dem Rotor zu übertragen, ermögliche so auch die axiale Fixierung von Stator und Rotor relativ zueinander. Wenn jedes der beiden Wälzlager durch die axialen Wiederlager in die entgegengesetzte Richtung Axialkräfte zwischen Stator und Rotor übertragen kann, ist dies eine gute Voraussetzung um die Wälzlager als Schrägkugellager oder Kegelrollenlager ausführen zu können. Ordnet man diese beiden Schrägkugellager oder Kegelrollenlager denn in O-Anordnung an, entsteht eine besonders kippstabile Lagerung zwischen Stator und Rotor. The rotor is preferably mounted on the stator via the first bearing, which is arranged in an annular gap formed in the radial direction between the rotor and the stator, by means of a first bearing point and by means of a second bearing point, which is spaced apart axially from the first bearing point—particularly preferably such that the rotor is mounted in an axially fixed manner via a first roller bearing, which is arranged in an axially fixed manner between abutment points formed in the stator and in the rotor, and via a second roller bearing, which is arranged in an axially fixed manner between abutment points formed in the stator and in the rotor. Due to the two axially spaced bearing points, the stator and the rotor are guided and aligned with one another in a particularly precise and tilt-resistant manner. The axial abutment points, which enable both roller bearings to transmit axial forces between the stator and the rotor in at least one direction, also enable the axial fixation of the stator and rotor relative to one another. If each of the two roller bearings can transmit axial forces between the stator and rotor in the opposite direction through the axial abutment, this is a good prerequisite for being able to design the roller bearings as angular contact ball bearings or tapered roller bearings. If these two angular contact ball bearings or tapered roller bearings are arranged in an O arrangement, a particularly tilt-resistant bearing is created between the stator and rotor.
Zusammengefasst wird ein Lagerungskonzept vorgeschlagen, welches so ausgestaltet ist, dass zuerst eine funktionstüchtige und prüfbare Baueinheit aus dem Rotor und dem darauf gelagerten Stator erstellt werden kann, die anschließend, ohne sie wieder demontieren zu müssen, in ein Kraftfahrzeug oder ein Aggregat eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann. In summary, a storage concept is proposed, which is designed so that first a functional and testable unit can be created from the rotor and the stator mounted on it, which then, without they have to dismantle again, can be used in a motor vehicle or a unit of a motor vehicle.
Die Drehmomentabstützelemente können dabei radial außerhalb des Stators und/oder axial neben dem Stator angeordnet werden. The torque support elements can be arranged radially outside of the stator and/or axially next to the stator.
Die Drehmomentabstützung kann durch ein Element erfolgen, das tangentiale Kräfte zwischen dem Stator und einer den Stator abstützenden Komponente übertragen kann und durch seine flexible Anbindung oder durch seine Elastizität sich nachgiebig auf Belastungen in anderen Raumrichtungen oder auf Torsion verhält. Dieses tangential angeordnete Element kann eine schlanke längliche Form aufweisen, an deren in Längsrichtung gegenüberliegenden Endbereichen sich jeweils eine Befestigungsstelle anschließt, mit der das Element auf der einen Seite am Stator und auf der anderen Seite am Gehäuse der elektrischen Maschine, oder einer anderen die elektrische Maschine abstützenden Komponente, befestigt werden kann. The torque can be supported by an element that can transfer tangential forces between the stator and a component supporting the stator and, due to its flexible connection or its elasticity, behaves resiliently to loads in other spatial directions or to torsion. This tangentially arranged element can have a slender, elongated shape, at whose opposite end regions in the longitudinal direction there is a respective attachment point, with which the element is attached on one side to the stator and on the other side to the housing of the electrical machine or another electrical machine supporting component, can be attached.
Eine Verbindungsleitungen, die für die Stromversorgung, Ansteuerung, Kühlung und/oder Überwachung des Stators verwendet wird, kann so ausgestaltet werden und mit dem Stator und einem den Stator abstützenden Element so verbunden werden, dass sie gleichzeitig auch als Drehmomentabstützung für den Stator dienen kann. A connecting line that is used for the power supply, control, cooling and/or monitoring of the stator can be designed and connected to the stator and an element supporting the stator in such a way that it can also serve as a torque support for the stator at the same time.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen: The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the figures. It should be pointed out that the invention should not be limited by the exemplary embodiments shown. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description and/or figures. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the proportions shown are only schematic. The same reference symbols designate the same objects, so that explanations from other figures can be used as a supplement if necessary. Show it:
Figur 1 eine elektrische Axialflussmaschine in H-Anordnung in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung, FIG. 1 shows an axial section of an electrical axial flux machine in an H arrangement, in a schematic representation,
Figur 2 eine elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung, FIG. 2 shows an axial section of an electrical axial flux machine in an I arrangement, in a schematic representation,
Figur 3 die elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung gemäß Figur 2 mit anderer Anordnung von drehmomentabstützenden Längenausgleichselementen in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung, 3 shows the electrical axial flow machine in an I arrangement according to FIG. 2 with a different arrangement of torque-supporting length compensation elements in an axial section, in a schematic representation,
Figur 4 eine elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung mit einer Drehmomentabstützung über Blattfedern, einer Stromzuführung über elektrische Stromschienen und einer Kühlmittelzuführung über beweglich montierte Leitungsrohre in perspektivischer Darstellung, FIG. 4 shows an electrical axial flow machine in an I arrangement with a torque support via leaf springs, a power supply via electrical busbars and a coolant supply via movably mounted conduits in a perspective view,
Figur 5 eine elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung mit einer Drehmomentabstützung über eine näherungsweise tangential angeordnete, starre Koppelstange, FIG. 5 shows an electrical axial flow machine in an I arrangement with a torque support via a rigid coupling rod arranged approximately tangentially,
Figur 6 eine elektrische Axialflussmaschine mit einer konstruktiv einfachen Drehmomentabstützung über einen in einer Ausnehmung gelagerten Zapfen, in schematischer Darstellung, einmal in axialer Draufsicht (oben) und einmal in einer Perspektivdarstellung (unten), wobei in der unteren Darstellung der Zapfen über ein als Blattfeder ausgebildetes elastisches Element in Umfangsrichtung kraftbeaufschlagt ist, und Figure 6 shows an electrical axial flux machine with a structurally simple torque support via a pin mounted in a recess, in a schematic representation, once in an axial top view (top) and once in a perspective view (below), with the bottom representation of the pin being designed as a leaf spring elastic element is subjected to a force in the circumferential direction, and
Figur 7 eine elektrische Radialflussmaschine in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung - und damit, dass die am Beispiel verschiedener Axialflussmaschinen vorgestellten Lösungen auch auf Radialflussmaschinen übertragbar sind. Figure 7 is an electrical radial flow machine in an axial section, in a schematic representation - and thus that the example of different Axial flow machines presented solutions are also transferrable to radial flow machines.
Figur 1 zeigt eine elektrische Maschinenanordnung 1 mit einer als Axialflussmaschine in H-Anordnung ausgebildeten elektrischen Maschine 2 in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung. Die Darstellung zeigt einen Axialflussmotor in H-Anordnung, dessen Rotorwelle W (hier als integraler Bestandteil des als Antriebswelle ausgebildeten Abtriebselements 100 ausgebildet) in einem Gehäuse 7 gelagert ist, welches die elektrische Maschine 2 umgibt. Dazu ist die Rotorwelle W über eine Lagerung 62 mit je einem Lager 621 , 622 in den rechts und links der elektrischen Maschine 2 angeordneten Gehäuseseitenwänden des Gehäuses 7 drehbar abgestützt. Das mit der Rotorwelle W einteilig ausgebildete Abtriebselement, in Form einer Abtriebswelle, ist über eine Außenverzahnung der Abtriebswelle mit einer Getriebestufe 22 verbunden. Zwischen den beiden scheibenförmigen Rotorhälften des Rotors 4 ist der Stator 3 angeordnet und über eine weitere Lagerung 61 (in der Abbildung bestehend aus zwei als Schrägkugellager in O-Anordnung ausgebildeten Lagerstellen 611 , 612) auf dem Rotor 4 abgestützt. Durch diese am radial inneren Bereich des Stators 3 angeordnete Lagerstelle 61 und die vorzugsweise am radial äußern Bereich des Stators 3 angeordnete Drehmomentabstützung durch ein Längenausgleichselement 8, wird der Stator 3 von der Drehbewegung des Rotors 4 abgekoppelt und so verhindert, dass der Stator 3 sich unzulässig weit verdreht oder mitrotiert. Über diese Drehmomentabstützung wird das Reaktionsmoment abgestützt, das immer entsteht, wenn die elektrische Maschine 2 ein Drehmoment erzeugt, das von der Rotorwelle W auf ein nachgelagertes Aggregat des Antriebstranges übertragen wird. In Umfangsrichtung betrachtet ist der Stator 3 über die Drehmomentabstützung quasi fest mit dem Gehäuse 7 verbunden, wie es für die Funktion des Motors notwendig ist. Für alle anderen Bewegungsrichtungen stellt die Drehmomentabstützung keine relevante Einschränkung dar, so dass sich der Stator 3 durch die Lagerung 61 zwischen Stator 3 und Rotor 4 immer an der Lage des Rotors 4 ausrichten kann und auch Lageänderungen des Rotors 4 folgen kann, wie sie beispielsweise im Fährbetrieb durch elastische Verformungen oder Wärmedehnungen des Gehäuses 7 und/oder der Rotorwelle W auftreten können. In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Drehmomentabstützung bzw. das Längenausgleichselement 8 realisiert durch eine elastische Kunststoff- oder Gummimanschette, die in eine als zylindrische Bohrung ausgeführte Ausnehmung 30 des Statorgehäuses eingebracht und die in der Mitte auf einen als Stift ausgebildeten Fortsatz 81 aufgesteckt ist, der im Gehäuse 7 verankert ist. Die Bohrung im Statorgehäuse, die Gummimanschette und der im Gehäuse 7 verankerte Stift sind konzentrisch zueinander angeordnet und koaxial zur Rotationsachse der elektrischen Maschine 2 ausgerichtet. Das Drehmoment der elektrischen Maschine 2 führt am radialen Außenbereich des Stators 3 zu einer tangentialen Kraftwirkung, die in Form einer radial zum Stift der Drehmomentabstützung verlaufenden Kraft von der Statorgehäusebohrung durch die Gummimanschette zum Stift (und umgekehrt) übertragen wird. Durch die Elastizität der Gummimanschette sind geringe axiale und radiale Verlagerungen sowie leichtes Verkippen zwischen Stift und zylindrischer Bohrung möglich. Diese Verlagerungsfähigkeit zwischen dem Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 2 und dem Stator 3 bzw. dem Statorgehäuse ist im Sinne der Drehmomentabstützung in Umfangsrichtung vernachlässigbar - im Hinblick auf alle anderen Bewegungen, die der Stator 3 ausführen muss, um der Lage des Rotors 4 zu folgen, ist sie aber ausreichend groß. Bei dem Stator 3 des gezeigten Ausführungsbeispiels erfolgt die Zuführung der Kühlflüssigkeit durch die als elastische Elemente (z.B. elastische Verbindungsleitungen) ausgebildeten Versorgungsleitungen 9. In der Figur 1 ist dies bei der angedeuteten Kühlmittelzuführung durch eine Versorgungsleitung 9 in Wellbalgform der Zuleitung zwischen Gehäuse 7 und Stator 3 realisiert. Diese Versorgungsleitung 9 kann beispielsweise durch den Einsatz eines metallischen Wellbalgrohres oder durch die Verwendung eines Gummischlauches (eventuell auch in Form eines Hydraulikschlauches mit Gewebeverstärkung) realisiert werden. Um unerwünschte Ströme durch die Lagerstellen zu vermeiden, ist zwischen Rotor 4 und Gehäuse 7 ein als Wellenerdungsring ausgebildetes Wellenerdungselement 11 angeordnet. Dieses ist zwischen einem axial von der Gehäusewand und einem axial vom Rotorkörper vorstehenden Ringflansch angeordnet. Ferner ist ein Rotorlagesensor 12 vorgesehen, um die rotatorische Rotorlage jederzeit zuverlässig erfassen zu können. FIG. 1 shows an electrical machine arrangement 1 with an electrical machine 2 designed as an axial flux machine in an H arrangement in an axial section, in a schematic representation. The illustration shows an axial flux motor in an H-arrangement, the rotor shaft W of which (designed here as an integral part of the output element 100 designed as a drive shaft) is mounted in a housing 7 which surrounds the electric machine 2 . For this purpose, the rotor shaft W is rotatably supported via a bearing 62 with one bearing 621 , 622 each in the housing side walls of the housing 7 arranged to the right and left of the electric machine 2 . The output element, which is designed in one piece with the rotor shaft W and is in the form of an output shaft, is connected to a gear stage 22 via an external toothing of the output shaft. The stator 3 is arranged between the two disk-shaped rotor halves of the rotor 4 and is supported on the rotor 4 via a further bearing 61 (consisting of two bearing points 611, 612 designed as angular ball bearings in an O arrangement in the figure). Due to this bearing point 61 arranged on the radially inner area of the stator 3 and the torque support preferably arranged on the radially outer area of the stator 3 by a length compensation element 8, the stator 3 is decoupled from the rotary movement of the rotor 4 and thus prevents the stator 3 from rotating impermissibly widely twisted or co-rotated. This torque support supports the reaction torque that always arises when the electric machine 2 generates a torque that is transmitted from the rotor shaft W to a downstream assembly of the drive train. Viewed in the circumferential direction, the stator 3 is virtually firmly connected to the housing 7 via the torque support, as is necessary for the function of the motor. For all other directions of movement, the torque support does not represent a relevant restriction, so that the stator 3 can always align itself with the position of the rotor 4 thanks to the bearing 61 between the stator 3 and rotor 4 and can also follow changes in the position of the rotor 4, as they occur, for example, in Fahrbetrieb by elastic deformation or thermal expansion of the housing 7 and / or the rotor shaft W can occur. In the embodiment shown in Figure 1, the torque support or the Length compensation element 8 is realized by an elastic plastic or rubber sleeve, which is introduced into a recess 30 designed as a cylindrical bore in the stator housing and which is plugged in the middle onto an extension 81 designed as a pin, which is anchored in the housing 7 . The hole in the stator housing, the rubber sleeve and the pin anchored in the housing 7 are arranged concentrically to one another and aligned coaxially with the axis of rotation of the electrical machine 2 . The torque of the electrical machine 2 leads to a tangential force on the radial outer area of the stator 3, which is transmitted in the form of a force running radially to the pin of the torque support from the stator housing bore through the rubber sleeve to the pin (and vice versa). Due to the elasticity of the rubber sleeve, slight axial and radial displacements and slight tilting between the pin and the cylindrical bore are possible. This ability to move between the housing 7 of the electrical machine 2 and the stator 3 or the stator housing is negligible in terms of torque support in the circumferential direction - with regard to all other movements that the stator 3 must perform in order to follow the position of the rotor 4. but it is big enough. In the stator 3 of the exemplary embodiment shown, the coolant is supplied through the supply lines 9 designed as elastic elements (e.g. elastic connecting lines). In FIG realized. This supply line 9 can be implemented, for example, by using a metal corrugated tube or by using a rubber hose (possibly also in the form of a hydraulic hose with fabric reinforcement). In order to avoid undesired currents through the bearing points, a shaft grounding element 11 designed as a shaft grounding ring is arranged between the rotor 4 and the housing 7 . This is arranged between an axially projecting from the housing wall and an axially from the rotor body annular flange. A rotor position sensor 12 is also provided in order to be able to reliably detect the rotary rotor position at any time.
Figur 2 zeigt eine als elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung ausgebildete elektrische Maschine 2 in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung. Hier ist gut veranschaulicht, dass das bereits in Figur 1 vorgestellte Funktionsprinzip auch auf einen Axialflussmotor in I-Anordnung übertragbar ist. Gleichwirkende Komponenten sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. FIG. 2 shows an axial section of an electrical machine 2 designed as an electrical axial flow machine in an I arrangement, in a schematic representation. It is well illustrated here that the functional principle already presented in FIG can be transferred to an axial flux motor in an I arrangement. Components with the same effect are provided with the same reference symbols in all figures.
Figur 3 zeigt die elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung gemäß Figur 2, wobei die Drehmomentabstützung mittels Längenausgleichselement 8 und/oder die Versorgungsleitungen 9 nicht unbedingt radial oberhalb des Stators 3 angeordnet werden müssen. Diese Elemente können auch komplett oder teilweise axial neben der elektrischen Maschine 2 angeordnet werden. Bei Axialflussmotoren in I-Anordnung ist das besonders gut realisierbar, da die beiden Statorhälften des Stators 3, die den Rotor 4 umgeben, die axial äußeren Komponenten der elektrischen Maschine 2 bilden. In Figur 3 ist die Drehmomentabstützung wieder durch die bereits aus Figur 1 bekannte Gummimanschette realisiert. Diese ist in diesem Fall jedoch axial neben dem Stator 3 angeordnet. Die Drehmomentabstützung ist bei dem Ausführungsbeispiel trotz der Anordnung neben dem Stator 3 relativ weit radial außen angeordnet, um die durch das Motordrehmoment in die Drehmomentabstützung eingeleiteten Kräfte zu verringern. Die hier gezeigte Position für die Drehmomentabstützung ist auch sehr gut geeignet für die weiter oben beschriebenen alternativen Ausführungsformen der Drehmomentabstützung. In der Figur 3 ist eine als Kühlflüssigkeitszuführung ausgebildete Versorgungsleitung 9 abgebildet, die radial innen an der rechten Stirnseite des Stators angeschlossen ist. Diese Versorgungsleitung 9 ist über ein Winkelstück mit dem Stator 3 verbunden, an das sich eine elastischer in radial Richtung verlaufender Bereich anschließt, der in ein Rohr übergeht. Die Verbindungselemente (z.B. Kabel, Stromschienen, Rohre oder Schläuche) möglichst weit innen an den Stator 3 anzuschließen ist besonders sinnvoll, da dort die durch die Kippbewegungen des Stators 3 hervorgerufenen Verlagerungen kleiner sind als radial außen und somit die daraus resultierenden elastischen Verformungen der Verbindungselemente verringert werden können. FIG. 3 shows the electric axial flux machine in an I-arrangement according to FIG. These elements can also be arranged completely or partially axially next to the electrical machine 2. This can be implemented particularly well in the case of axial flux motors in an I arrangement, since the two stator halves of the stator 3 which surround the rotor 4 form the axially outer components of the electrical machine 2 . In FIG. 3, the torque support is again realized by the rubber sleeve already known from FIG. In this case, however, this is arranged axially next to the stator 3 . In the exemplary embodiment, the torque support is arranged relatively far radially outwards, despite the arrangement next to the stator 3, in order to reduce the forces introduced into the torque support by the motor torque. The position shown here for the torque support is also very well suited for the alternative embodiments of the torque support described above. FIG. 3 shows a supply line 9 designed as a coolant supply line, which is connected radially on the inside to the right-hand end face of the stator. This supply line 9 is connected to the stator 3 via an angle piece, which is adjoined by an elastic area which runs in the radial direction and which merges into a tube. Connecting the connecting elements (e.g. cables, conductor rails, pipes or hoses) to the stator 3 as far inside as possible is particularly useful, since the displacements caused by the tilting movements of the stator 3 are smaller there than radially outwards and thus the resulting elastic deformations of the connecting elements are reduced can become.
An der linken Stirnseite des Stators 3 ist eine weitere Zuführungsleitung in axialer Richtung angeordnet. Auch auf dieser Seite können elektrische und hydraulische Leitungen in beliebiger Anzahl auf unterschiedlichen Radialpositionen und in unterschiedlicher Ausrichtung angeordnet werden. In den Figuren 4-6 ist lediglich der eingehauste Stator 3 der Axialflussmaschine in I- Anordnung gezeigt, wobei der Rotor 4 durch die radial außen miteinander verbundenen und in dem Statorgehäuse eingehausten Statorhälften verdeckt ist. A further supply line is arranged in the axial direction on the left end face of the stator 3 . Any number of electrical and hydraulic lines can also be arranged on this side in different radial positions and in different orientations. Only the housed stator 3 of the axial flow machine is shown in the I-arrangement in FIGS. 4-6, the rotor 4 being covered by the stator halves which are connected to one another radially on the outside and housed in the stator housing.
Figur 4 zeigt eine als elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung ausgebildete elektrische Maschine 2 mit einem Längenausgleichselement 8, ausgebildet als Drehmomentabstützung über Blattfedern 84, einer Stromzuführung über elektrische Stromschienen und einer Kühlmittelzuführung über beweglich montierte Rohrabschnitte 90 in perspektivischer Darstellung. Das Längenausgleichselement 8 ist dabei gebildet aus insgesamt drei umfänglich an zumindest einer axialen Stirnseite des Stators 3 angebundenen Blattfedern 84 oder Blattfederpaketen 840. Figure 4 shows an electrical machine 2 designed as an electrical axial flow machine in an I arrangement with a length compensation element 8 designed as a torque support via leaf springs 84, a power supply via electrical busbars and a coolant supply via movably mounted pipe sections 90 in a perspective view. The length compensation element 8 is formed from a total of three leaf springs 84 or leaf spring assemblies 840 connected circumferentially to at least one axial end face of the stator 3.
In der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt drei auf dem Umfang verteilte näherungsweise tangential ausgerichtete Blattfederpakete 840 gezeigt. Die Blattfederpakete 840 bestehen aus mehreren übereinander liegenden und mit denselben Befestigungsmitteln (Niete) an den Nachbarbauteilen fixierten Blattfedern 84. Die Blattfedern 84 werden aus dünnem Federstehlblech hergestellt und so montiert, dass deren Blechebenen (ungefähr) orthogonal zur Rotationsachse der elektrischen Maschine 2 (Axialrichtung) ausgerichtet sind. Jeweils ein Ende der Blattfederpakete 840 ist am Stator 3 der elektrischen Maschine 2 befestigt und das andere Ende an einem die elektrische Maschine 2 abstützenden Element (z.B. einem Gehäuse 7 - in der Abbildung nicht dargestellt). Wenn sich der Stator 3 axial verlagert, können die durch ihre Struktur axial weichen Blattfederpakete 840 die Verlagerung mitmachen und die elektrische Maschine 2 gleichzeitig in Umfangsrichtung abstützen, so dass das Motordrehmoment durch die Blattfedern 84 auf das die elektrische Maschine 2 abstützende Element übertragen werden kann. Die drei auf dem Umfang angeordneten Blattfederpakete 840 haben zusammen auch eine radial zentrierende Wirkung auf den Stator 3. Daher muss die elektrische Maschine 2 mit ihrer Rotationsachse exakt koaxial zu der Rotationsachse des Abtriebselements 100 - z.B. der Getriebeeingangswelle (bzw. des anders ausgeführten nachgelagerten Aggregates) - montiert werden. Dies kann erfolgen indem die Befestigungslöcher, mit denen die Blattfeder 84 am Gehäuse 7 oder am Stator 3 angeschraubt werden, etwas größer sind als die Schrauben, so dass genug Spiel entsteht, um die elektrische Maschine 2 bei der Montage exakt ausrichten zu können. Alternativ kann die elektrische Maschine 2 auch über verstiftete Zentrierlöcher exakt zu seinem Nachbaraggregat ausgerichtet werden. Dazu müssen dann Zentrierlöcher am Gehäuse 7, exakt ausgerichtet zur Rotationsachse des Nachbaraggregates (Getriebes), und Zentnerlöcher an den Blattfedern 84, exakt ausgerichtet zur Rotationsachse des Rotors 4, gebohrt werden, die dann miteinander verstiftet werden. Wenn die Blattfedern 84 montagetechnisch ein Teil des Getriebegehäuses sind, müssen die exakt gebohrten Zentrierlöcher natürlich in den Stator 3 und die Blattfederpakete 840 eingebracht werden. Im unteren und im linken Teil der Darstellung sind Befestigungselemente abgebildet, die mit den Blattfedern 84 vernietet sind und Befestigungslöcher aufweisen oder in die die Zentnerlöcher gebohrt werden können, über die die Blattfederpakete 840 anschließend am Gehäuse 7 verschraubt werden. Alternativ kann dieses Ausführungsbeispiel auch mit nur einem Blattfederpacket 84 ausgestattet werden. Ein einzelnes Blattfederpaket 840 kann die elektrische Maschine 2 nicht radial zentrieren und erfordert daher auch keine so exakte Ausrichtung bei der Montage. Die Zentrierung des Stators 3 erfolgt dann nur über die Lagerung des Stators 3 auf dem Rotor 4 oder der Rotorwelle W. In the illustrated embodiment, a total of three approximately tangentially aligned leaf spring assemblies 840 distributed on the circumference are shown. The leaf spring packages 840 consist of several leaf springs 84 lying one above the other and fixed to the neighboring components with the same fasteners (rivets). The leaf springs 84 are made of thin spring steel sheet and mounted in such a way that their sheet metal planes are (approximately) orthogonal to the axis of rotation of the electric machine 2 (axial direction). are aligned. One end of each of the leaf spring assemblies 840 is attached to the stator 3 of the electric machine 2 and the other end to an element supporting the electric machine 2 (eg a housing 7—not shown in the figure). If the stator 3 is displaced axially, the leaf spring packs 840, which are axially soft due to their structure, can take part in the displacement and at the same time support the electric machine 2 in the circumferential direction, so that the motor torque can be transmitted through the leaf springs 84 to the element supporting the electric machine 2. The three leaf spring assemblies 840 arranged on the circumference together also have a radially centering effect on the stator 3. Therefore, the electric machine 2 must have its axis of rotation exactly coaxial to the axis of rotation of the output element 100 - e.g. the transmission input shaft (or the differently designed downstream unit). - to be assembled. This can be done by making the fastening holes, with which the leaf spring 84 is screwed to the housing 7 or to the stator 3, slightly larger than the screws, so that there is enough play to be able to align the electric machine 2 exactly during assembly. Alternatively, the electric Machine 2 can also be precisely aligned with its neighboring unit using pinned centering holes. For this purpose, centering holes must then be drilled on the housing 7, precisely aligned with the axis of rotation of the neighboring unit (transmission), and centering holes on the leaf springs 84, precisely aligned with the axis of rotation of the rotor 4, which are then pinned together. If the leaf springs 84 are part of the transmission housing in terms of assembly, the precisely drilled centering holes must of course be introduced into the stator 3 and the leaf spring assemblies 840 . Fastening elements are shown in the lower and left part of the illustration, which are riveted to the leaf springs 84 and have fastening holes or into which the centner holes can be drilled, via which the leaf spring assemblies 840 are then screwed to the housing 7 . Alternatively, this exemplary embodiment can also be equipped with only one leaf spring pack 84 . A single set of leaf springs 840 cannot radially center the electrical machine 2 and therefore does not require such precise alignment during assembly. The centering of the stator 3 then only takes place via the bearing of the stator 3 on the rotor 4 or the rotor shaft W.
Figur 5 zeigt eine als elektrische Axialflussmaschine in I-Anordnung ausgebildete elektrische Maschine 2 mit einer Drehmomentabstützung über ein Längenausgleichselement 8 mittels einer näherungsweise tangential angeordneten, starren Koppelstange 85. Die gezeigte Koppelstange 85 ist über Befestigungsstellen an beiden axialen Enden mit dem Stator 3 und einem den Stator 3 abstützenden Bauteil verbunden. Diese Befestigungsstellen sind, wie in der vergrößerten Detaildarstellung oben zu entnehmen ist, jeweils als Kugelköpfe ausgeführt, die Rotationsbewegungen in mehrere Raumrichtungen zulassen. Dadurch kann die Drehmomentabstützung das ungewollte Mitrotieren des Stators 3 verhindern und sich gleichzeitig an radiale und axiale Verlagerungen des Stators 3 anpassen, ohne diese Bewegungen zu behindern. Figure 5 shows an electric machine 2 designed as an electric axial flux machine in an I-arrangement with a torque support via a length compensation element 8 by means of an approximately tangentially arranged, rigid coupling rod 85. The coupling rod 85 shown is connected to the stator 3 and a den Stator 3 supporting component connected. As can be seen in the enlarged detailed view above, these fastening points are each designed as ball heads that allow rotational movements in several spatial directions. As a result, the torque support can prevent the stator 3 from also rotating unintentionally and at the same time adapt to radial and axial displacements of the stator 3 without impeding these movements.
Bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuführung und Ableitung der Kühlflüssigkeit (bzw. eines Fluids das eine andere Aufgabe erfüllt) durch zwei als elastische Wellbalgrohre ausgebildete Versorgungsleitungen 9. Diese Wellbalgrohre können beispielsweise aus Metall oder Kunststoff ausgeführt werden. Alternativ kann die Fluidzuführung auch über Schläuche erfolgen, z.B. über Schläuche mit Gewebeverstärkung, wie dies beispielsweise bei Hydraulikschläuchen der Fall ist. Es können auch mehrere elastische Elemente hintereinander angeordnet werden. So ist es beispielsweise sinnvoll ein starres Verbindungselement wie beispielsweise ein Rohrstück zwischen zwei elastischen Elementen anzuordnen, über die es dann an dem Stator 3 und an der das Fluid bereitstellenden Komponente angeschlossen wird. Durch das starre Element zwischen den beiden elastischen Elementen führen die meisten Bewegungen des Stators 3 nur zu geringen Winkelbewegungen in den elastischen Elementen. Dadurch wird die Verformung der elastischen Elemente reduziert, so dass kleinere und günstigere elastische Elemente verwendet werden können. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the cooling liquid (or a fluid that fulfills a different task) is supplied and discharged through two supply lines 9 designed as elastic corrugated tubes. These corrugated tubes can be made of metal or plastic, for example. Alternatively, the fluid can also be supplied via hoses, eg via Hoses with fabric reinforcement, as is the case with hydraulic hoses, for example. Several elastic elements can also be arranged one behind the other. For example, it makes sense to arrange a rigid connecting element such as a piece of pipe between two elastic elements, via which it is then connected to the stator 3 and to the component providing the fluid. Due to the rigid element between the two elastic elements, most movements of the stator 3 result in only small angular movements in the elastic elements. This reduces the deformation of the elastic elements, so that smaller and cheaper elastic elements can be used.
Um die elektrische Maschine 2 mit Strom zu versorgen, sind bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 5 drei als gebogene elektrische Leiter ausgebildete elektrische Versorgungsleitungen 9 vorgesehen. Die Leiter verbinden den Stator 3 mit einer den elektrischen Strom bereitstellenden Komponente (in der Abbildung nicht dargestellt). Durch die Wölbung der gebogenen Leiter werden die Leiter flexibler und können Bewegungen des Stators 3 relativ zu der benachbarten Komponente in allen Raumrichtungen elastisch ausgleichen. Je länger der Leiter ist und je stärker er gewölbt oder gekrümmt ist, desto flexibler wird er. Spiralförmig gebogene Leiter oder mäanderförmig gebogene Leiter sind besonders gut geeignet, um auf kleinem Bauraum einen ausreichend elastischen Leiter unterzubringen. Die Leiter können massiv ausgeführt werden (z.B. in Form einer geraden oder gebogenen Stange) oder sie können aus dünneren Drähten zusammengesetzt sein, wie dies beispielsweise bei Kabeln oder Metallgeweben der Fall ist. In order to supply the electrical machine 2 with electricity, three electrical supply lines 9 designed as bent electrical conductors are provided in the exemplary embodiment in FIG. The conductors connect the stator 3 to a component providing the electrical current (not shown in the figure). Due to the curvature of the bent conductors, the conductors become more flexible and can elastically compensate for movements of the stator 3 relative to the adjacent component in all spatial directions. The longer the conductor and the more it is arched or curved, the more flexible it becomes. Conductors bent in a spiral shape or conductors bent in a meandering shape are particularly well suited for accommodating a sufficiently elastic conductor in a small space. The conductors can be solid (e.g. in the form of a straight or curved rod) or they can be composed of thinner wires, such as is the case with cables or metal mesh.
Figur 6 zeigt eine als elektrische Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Maschine 2 mit einer konstruktiv einfachen Drehmomentabstützung über einen in einer Ausnehmung gelagerten Zapfen, in schematischer Darstellung, einmal in axialer Draufsicht (oben) und einmal in einer Perspektivdarstellung (unten), wobei in der unteren Darstellung der Zapfen über ein als Blattfeder ausgebildetes elastisches Element in Umfangsrichtung kraftbeaufschlagt ist. Die Drehmomentabstützung erfolgt hier über einen in Umfangsrichtung wirkenden Anschlag bzw. einen Formschluss zwischen dem Stator 3 der elektrischen Maschine 2 und dem Gehäuse 7 (oder einem andern die elektrische Maschine 2 abstützenden Element). Bei dem Ausführungsbeispiel ragt ein mit dem Stator 3 verbundener Fortsatz 81 in einen Schlitz des Gehäuses 7 hinein. Je nachdem in welche Richtung die elektrische Maschine 2 Drehmoment auf die Räder ausübt, legt sich die eine oder andere Seite des Fortsatzes tangential an die entsprechende Kontaktfläche des Schlitzes im Gehäuse 7 an. Ändert sich die Drehmomentrichtung, verdreht sich der Stator 3 minimal bis das tangentiale Spiel überwunden ist und die zuvor nicht belasteten Anschlagsflächen von Stator 3 und Gehäuse 7 in Kontakt kommen und so die vom Drehmoment hervorgerufene Tangentialkraft übertragen können. Radiale und axiale Bewegungen des Stators 3 sind weiterhin möglich, da der Fortsatz 81 radial und axial in dem Schlitz verschoben werden kann. Bei dieser Bauform der Drehmomentabstützung ist es besonders sinnvoll, diese radial möglichst weit außen am Stator 3 die elektrische Maschine 2 zu positionieren, um einen möglichst großen Abstand zwischen der Drehachse die elektrische Maschine 2 und der Kontaktstelle der Drehmomentabstützung zu schaffen. Durch diesen großen Abstand zwischen der Drehachse die elektrische Maschine 2 und der Kontaktstelle der Drehmomentabstützung, wird die tangentiale Abstützkraft gesenkt und somit auch die Verschiebereibung reduziert, die bei axialen oder radialen Verlagerungen des Stators 3 auftritt, wenn gleichzeitig Drehmoment übertragen wird. Um die auftretende Reibung noch weiter zu senken oder um den Verschleiß an den Kontaktstellen zu reduzieren, können die Kontaktstellen auch beschichtet werden oder zusätzliche Bauteile aus reibwertreduzierendem und/oder verschleißfestem Material zwischen dem Fortsatz die elektrische Maschine 2 und dem Gehäuse 7 angeordnet werden. Figure 6 shows an electrical machine 2 designed as an electrical axial flux machine with a structurally simple torque support via a journal mounted in a recess, in a schematic representation, once in an axial top view (top) and once in a perspective view (below), with the lower representation of the Pin is acted upon by a force designed as a leaf spring elastic element in the circumferential direction. The torque is supported here via a stop acting in the circumferential direction or a form fit between the stator 3 of the electric machine 2 and the housing 7 (or another element supporting the electric machine 2). In which In the exemplary embodiment, an extension 81 connected to the stator 3 protrudes into a slot in the housing 7 . Depending on the direction in which the electric machine 2 exerts torque on the wheels, one side or the other of the extension lies tangentially against the corresponding contact surface of the slot in the housing 7 . If the torque direction changes, the stator 3 rotates minimally until the tangential play is overcome and the previously unloaded stop surfaces of the stator 3 and housing 7 come into contact and can thus transmit the tangential force caused by the torque. Radial and axial movements of the stator 3 are still possible since the extension 81 can be displaced radially and axially in the slot. With this design of the torque support, it makes particular sense to position it radially as far outside as possible on the stator 3 of the electric machine 2 in order to create the greatest possible distance between the axis of rotation of the electric machine 2 and the contact point of the torque support. Due to this large distance between the axis of rotation of the electric machine 2 and the contact point of the torque support, the tangential support force is reduced and thus also the sliding friction that occurs during axial or radial displacements of the stator 3 when torque is transmitted at the same time. In order to further reduce the friction that occurs or to reduce wear at the contact points, the contact points can also be coated or additional components made of friction-reducing and/or wear-resistant material can be arranged between the extension of the electrical machine 2 and the housing 7 .
Alternativ können auch andere einen tangentialen Formschluss bildende Konturen als Drehmomentabstützung genutzt werden. Beispielsweise kann das Gehäuse 7 auch einen Fortsatz aufweisen, der in den Stator 3 hineinragt, statt dass der Stator 3 mit einem Fortsatz 81 in das Gehäuse 7 hineinragt. Alternatively, other contours forming a tangential form fit can also be used as torque support. For example, the housing 7 can also have an extension which protrudes into the stator 3 instead of the stator 3 protruding into the housing 7 with an extension 81 .
Alternativ kann die spielbehaftete Drehmomentabstützung auch mit einem Federmechanismus versehen werden, der eine tangentiale Kraft auf den Stator 3 die elektrische Maschine 2 und/oder die Drehmomentabstützung ausübt (Darstellung unten). Durch die tangentiale Federkraft wird von der Feder ein Drehmoment auf den Stator 3 ausgeübt, das dem Drehmoment, mit dem sich der Stator 3 an der Drehmomentabstützung abstützen muss, um die Rotorwelle W anzutreiben, überlagert wird. Der Flankenwechsel, der in der spielbehafteten Drehmomentabstützung beim Nulldurchgang des Drehmomentes auftritt, kann durch den Federmechanismus zu anderen Motordrehmomenten hin verschoben werden. Somit lässt sich durch die richtige Dimensionierung des Federmechanismus der Flankenwechsel in einen Motordrehmomentbereich legen, in der der Flankenwechsel nicht störend ist. Beispielsweise ist es möglich den Flankenwechsel in ein Drehmomentbereich zu legen, der selten durchfahren wird, um die Anzahl der Flankenwechsel zu reduzieren. Dadurch kann der Verschleiß an der Drehmomentabstützung reduziert werden. Es ist beispielsweise auch möglich den Flankenwechsel in ein Drehmomentbereich zu legen, in dem mögliche Klappergeräusche der Drehmomentabstützung nicht stören, da sie von anderen Fahrgeräuschen überdeckt werden. Ist der Federmechanismus stark genug, kann der Motor auch so stark in eine Richtung gegen eine Kontaktfläche (Flanke) der Drehmomentabstützung gedrückt werden, dass das Motordrehmoment in die Gegenrichtung nie oder fast nie groß genug ist, um die Kraftwirkung des Federmechanismus zu überwinden und einen Flankenwechsel in der Drehmomentabstützung hervorzurufen. Alternatively, the torque support subject to play can also be provided with a spring mechanism that exerts a tangential force on the stator 3, the electric machine 2 and/or the torque support (illustration below). Due to the tangential spring force, the spring exerts a torque on the stator 3, which torque is superimposed on the torque with which the stator 3 must be supported on the torque support in order to drive the rotor shaft W. The flank change in the torque support with play occurs when the torque crosses zero, can be shifted to other engine torques by the spring mechanism. With the correct dimensioning of the spring mechanism, the flank change can thus be placed in an engine torque range in which the flank change is not disruptive. For example, it is possible to place the edge change in a torque range that is rarely passed through in order to reduce the number of edge changes. As a result, the wear on the torque support can be reduced. For example, it is also possible to place the flank change in a torque range in which possible rattling noises from the torque support do not interfere, since they are masked by other driving noises. If the spring mechanism is strong enough, the motor can also be pressed so hard in one direction against a contact surface (flank) of the torque arm that the motor torque in the opposite direction is never, or almost never, large enough to overcome the force of the spring mechanism and a flank change in the torque support.
Der gezeigte Federmechanismus besteht aus einer gebogenen Blattfeder, die an Gehäuse 7 befestigt ist und deren freies federndes Ende zwischen den Fortsatz 81 und der benachbarten Kontaktfläche des Gehäusespaltes liegt. Das freie Federende kann so eine tangential wirkende Kraft auf den Fortsatz 81 des Stators 3 ausüben, die diesen gegen die gegenüberliegende Kontaktfläche des Gehäusespalts drückt. Da die Feder zwischen dem Fortsatz 81 und einer der beiden Kontaktflächen des Gehäuses 7 angeordnet ist, schützt sie auch die hinter der Feder liegende Kontaktfläche des Gehäuses 7 vor Verschleiß. Diesen Effekt kann man auch für die gegenüberliegende Kontaktstelle zwischen Fortsatz 81 und Schlitz nutzen, indem man auch dort ein hochfestes oder gehärtetes Blechteil zwischen Fortsatz 81 und Schlitz montiert. Man kann dafür sogar eine baugleiche Feder nutzen, wenn man diese so einbaut, dass sie kein Kraftwirkung in Richtung des Fortsatzes 81 ausübt oder deutlich schwächer ist als die gegenüberliegende Feder. The spring mechanism shown consists of a curved leaf spring which is fixed to the housing 7 and whose free resilient end lies between the extension 81 and the adjacent contact surface of the housing gap. The free end of the spring can thus exert a tangentially acting force on the extension 81 of the stator 3, which presses it against the opposite contact surface of the housing gap. Since the spring is arranged between the extension 81 and one of the two contact surfaces of the housing 7, it also protects the contact surface of the housing 7 behind the spring from wear. This effect can also be used for the opposite contact point between extension 81 and slot by mounting a high-strength or hardened sheet metal part between extension 81 and slot there as well. You can even use an identical spring for this if you install it in such a way that it does not exert any force in the direction of the extension 81 or is significantly weaker than the opposite spring.
Figur 7 zeigt eine als elektrische Radialflussmaschine ausgebildete elektrische Maschine 2 in einem Axialschnitt, in schematischer Darstellung - und veranschaulicht damit, dass die am Beispiel verschiedener Axialflussmaschinen vorgestellten Lösungen auch auf Radialflussmaschinen übertragbar sind. Die Figur 7 zeigt eine Radialflussmaschine die mit ihrem Statorgehäuse über entsprechende Längenausgleichselemente 8 zur Drehmomentabstützung des Stators 3 gegen das Gehäuse 7 der elektrischen Maschine 2 abgestützt ist. Dabei ist der Rotor 4 über die Lagerstelle 61 am Stator abgestützt und ist der Rotor 4 mit seiner Rotorwelle W an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 7 in Gehäusewandungen gelagert abgestützt. Im Übrigen gelten die vorstehend bezüglich Axialflussmaschinen beschrieben Eigenschaften analog auch bei der dargestellten Radialflussmaschiene - bzw. sind diese entsprechend umsetzbar. FIG. 7 shows an axial section of an electrical machine 2 designed as an electrical radial flux machine, in a schematic representation—thus illustrating that the solutions presented using the example of various axial flux machines can also be transferred to radial flux machines. Figure 7 shows a Radial flow machine which is supported with its stator housing via corresponding length compensation elements 8 for torque support of the stator 3 against the housing 7 of the electrical machine 2. The rotor 4 is supported on the stator via the bearing point 61 and the rotor 4 is supported with its rotor shaft W on opposite sides of the housing 7 in housing walls. Otherwise, the properties described above with regard to axial flux machines also apply analogously to the radial flux machine shown—or they can be implemented accordingly.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten axial elastischen Elemente (Längenausgleichselemente 8), die der Drehmomentabstützung dienen oder Teil der flexiblen Leitungen zwischen dem Stator 3 und der den Stator 3 umgebenden Bauteilen sind, sind immer nur beispielhaft für Elemente mit diesen Eigenschaften dargestellt. Es können bei allen Ausführungsbeispielen immer auch anders ausgeführte Elemente eingesetzt werden, wenn sie vergleichbare Eigenschaften aufweisen wie die abgebildeten Detaillösungen. The axially elastic elements (length compensation elements 8) shown in the exemplary embodiments, which serve to support the torque or are part of the flexible lines between the stator 3 and the components surrounding the stator 3, are always only shown as examples of elements with these properties. In all of the exemplary embodiments, differently designed elements can always be used if they have comparable properties to the detailed solutions shown.
Die hier vorgestellte Lagerung des Stators 3 auf dem Rotor 4 bzw. der Rotorwelle W ist für Axialflussmotoren besonders sinnvoll, da diese E-Motoren durch ihre schlanke scheibenförmige Bauweise besondere empfindlich sind gegenüber axial auf sie einwirkenden Kräften oder langen Toleranzketten, die sich auf die Luftspalte zwischen Rotor und Stator auswirken. Die Lagerung des Stators 3 auf dem Rotor 4 ist aber auch für alle anderen E-Motoren sinnvoll, um die axiale Kraftbelastung auf die Struktur der E-Motoren zu reduzieren und um eine sehr genaue Ausrichtung zwischen Stator 3 und Rotor 4 dauerhaft sicherstellen zu können. The mounting of the stator 3 on the rotor 4 or the rotor shaft W presented here is particularly useful for axial flux motors, since these electric motors are particularly sensitive to axial forces acting on them or long tolerance chains that affect the air gaps due to their slim, disc-shaped design between rotor and stator. However, the mounting of the stator 3 on the rotor 4 is also useful for all other electric motors in order to reduce the axial force load on the structure of the electric motors and to be able to ensure a very precise alignment between the stator 3 and the rotor 4 over the long term.
Die hier beschriebenen Lagerungsvananten sind nicht nur für E-Achsen anwendbar. Die Lagerungsvarianten können auch für Elektromotoren eingesetzt werden, die an anderen Stellen eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Die Lagerung ist auch unabhängig nutzbar von der Art der von den Elektromotoren angetriebenen Aggregaten. In den Abbildungen ist immer eine Stirnradstufe 22 abgebildet, die ein Getriebe andeuten soll, das das Drehmoment der elektrischen Maschine 2 aufnimmt. Es können aber auch andere Aggregate oder Antriebsstrangkomponenten angetrieben werden. So ist es beispielsweise auch möglich, dass der Elektromotor direkt mit einem Antriebsrad verbunden wird. The storage variants described here are not only applicable to e-axles. The storage variants can also be used for electric motors that are arranged at other points in a motor vehicle. The storage can also be used independently of the type of units driven by the electric motors. A spur gear stage 22 is always shown in the illustrations, which is intended to indicate a transmission that absorbs the torque of the electric machine 2 . However, other aggregates or drive train components can also be driven will. For example, it is also possible for the electric motor to be connected directly to a drive wheel.
In dieser Erfindungsmeldung werden unter „Antriebsstrang“ alle Komponenten eines Kraftfahrzeugs verstanden, die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeuges generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen. In this invention report, “drive train” is understood to mean all components of a motor vehicle that generate power for driving the motor vehicle and transmit it to the road via the vehicle wheels.
Die in dieser Erfindungsmeldung benutzten Begriffe „radial“, „axial“, „tangential“ und „Umfangsrichtung“ beziehen sich immer auf die Rotationsachse der elektrischen Maschine. Die Begriffe „links“, „rechts“ sowie „oben“, „unten“ dienen hier nur dazu, um zu verdeutlichen, welche Bereiche der Abbildungen gerade im Text beschrieben werden. Die spätere Ausführung der Erfindung kann auch anders angeordnet werden. The terms "radial", "axial", "tangential" and "circumferential direction" used in this disclosure always refer to the axis of rotation of the electrical machine. The terms "left", "right" and "above", "below" are only used here to clarify which areas of the illustrations are currently being described in the text. The later embodiment of the invention can also be arranged differently.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two features of the same type, without establishing a ranking.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1 Maschinenanordnung 1 machine arrangement
2 elektrische Maschine 2 electric machine
3 Stator 3 stator
4 Rotor 4 rotors
6 (den Stator) abstützende Komponente 6 (the stator) supporting component
7 Gehäuse 7 housing
8 Längenausgleichselement 8 length compensation element
9 Versorgungsleitung 9 supply line
11 Wellenerdungselement 11 shaft grounding element
12 Rotorlagesensor 12 rotor position sensor
22 Getriebezahnrad/Getriebestufe 22 gear wheel/gear stage
30 Ausnehmung (Stator) 30 recess (stator)
50 Ausnehmung (Gehäuse) 50 recess (housing)
31 Widerlager (Stator) 31 abutment (stator)
41 Widerlager (Rotor) 41 abutment (rotor)
61 Lagerung (Rotor/Stator) 61 bearing (rotor/stator)
611 erste Lagerstelle 611 first storage location
612 zweite Lagerstelle 612 second storage location
62 Lagerung (Rotorwelle/Gehäuse) 62 bearing (rotor shaft/housing)
621 erste Lagerstelle 621 first storage location
622 zweite Lagerstelle 622 second storage location
80 elastisches Element 80 elastic element
81 Fortsatz 83 Wellrohr 81 extension 83 corrugated pipe
84 Blattfeder 84 leaf spring
840 Blattfederpaket 840 leaf spring package
85 Koppelstange 90 Rohrabschnitt 85 connecting rod 90 pipe section
91 , 92 Aufnahme (für Rohrabschnitt)91, 92 recording (for pipe section)
100 Abtriebselement 100 output element

Claims

- 27 - - 27 -
Ansprüche Expectations
1. Elektrische Maschinenanordnung (1 ), umfassend 1. Electrical machine assembly (1), comprising
- eine elektrische Maschine (2) für den Antrieb eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Stator (3) und mit einem Rotor (4), - an electrical machine (2) for driving an electrically drivable motor vehicle, having a stator (3) and a rotor (4),
- eine den Stator (3) abstützende Komponente (6), sowie - A component (6) supporting the stator (3), as well as
- ein in drehfestem Kontakt mit dem Rotor (4) stehendes Abtriebselement (100), dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) über zumindest eine erste Lagerung (61 ) von der Drehbewegung des Rotors (4) entkoppelt gegen den Rotor (4) abgestützt angeordnet ist. - an output element (100) in non-rotatable contact with the rotor (4), characterized in that the stator (3) is supported against the rotor (4) via at least one first bearing (61) and is decoupled from the rotational movement of the rotor (4). is arranged.
2. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den Stator (3) abstützende Komponente (6) als ein Gehäuse (7) der elektrischen Maschine (2) ausgebildet ist. 2. Electrical machine arrangement (1) according to claim 1, characterized in that the stator (3) supporting component (6) is designed as a housing (7) of the electrical machine (2).
3. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) über eine zweite Lagerung (62) mittels zumindest einer ersten Lagerstelle (621 ) an der abstützenden Komponente (6) gelagert ist. 3. Electrical machine arrangement (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor (4) via a second bearing (62) by means of at least one first bearing point (621) on the supporting component (6) is mounted.
4. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) unter Zwischenschaltung eines Längenausgleichselements (8) in Rotationsrichtung abgestützt und zumindest axialbeweglich gegenüber der den Stator (3) abstützenden Komponente (6) an dieser angebunden ist. 4. Electrical machine arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator (3) is supported with the interposition of a length compensation element (8) in the direction of rotation and is at least axially movable relative to the component (6) supporting the stator (3) and connected to the latter is.
5. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenausgleichselement (8) als sich in axialer Richtung oder in radialer Richtung erstreckender Fortsatz (81 ) ausgebildet ist, der bereichsweise in einer korrespondierenden Ausnehmung (30; 50) geführt angeordnet ist, wobei der Fortsatz (81 ) entweder am Stator (3) oder an der den Stator (3) abstützenden Komponente (6) angebunden ist und wobei die korrespondierende Ausnehmung (30; 50) in der abstützenden Komponente (6) oder im Stator (3) ausgebildet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (81 ) in der korrespondieren Ausnehmung (30; 50) über ein elastisches Element (80) zumindest in einer Umfangsrichtung kraftbeaufschlagt angeordnet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (80) als Elastomer oder als Spiral- oder Blattfeder ausgebildet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenausgleichselement (8) aus zumindest einer umfänglich am Stator (3) angebundenen Blattfeder (84) oder aus zumindest einem umfänglich am Stator (3) angebundenen Blattfederpaket (840) gebildet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenausgleichselement (8) durch eine Mehrzahl von umfänglich am Stator (3) verteilt angebundener Blattfedern (84) oder einer Mehrzahl von umfänglich am Stator (3) verteilt angebundenen Blattfederpaketen (840) ausgebildet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenausgleichselement (8) als Koppelstange (85) ausgebildet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstange (85) an zumindest einem ihrer freien axialen Enden eine Gelenkverbindung, insbesondere eine Kugelgelenkverbindung, oder eine elastische Verbindung, insbesondere einen mit einem Elastomer ausgestatten Verbindungskopf, aufweist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenausgleichselement (8) als sich in axialer Richtung oder in radialer Richtung erstreckende und als Wellrohr (83) ausgebildete Versorgungsleitung (9) für Kühlmittel ausgebildet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche 4-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitungen (9) ausgebildet sind, eine aufgrund der Zwischenschaltung des Längenausgleichselements (8) zwischen Stator (3) und der den Stator (3) abstützenden Komponente (6) zugelassene axiale Verschiebung des Stators (3) um eine vorbestimmte maximale Wegstrecke auszugleichen. Elektrische Maschinenanordnung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Kühlmittelleitung ausgebildete Versorgungsleitung (9) zumindest abschnittsweise durch eine elastische und/oder verschiebbare Dichtung oder durch ein elastisches Wellrohr oder durch einen elastischen Balg oder durch einen elastischen Schlauch gebildet ist, derart, dass eine Kühlmittelversorgung des Stators (3) in allen axialen Positionen, die durch das axiale Längenausgleichselement (8) zwischen Stator (3) und der den Stator (3) abstützenden Komponente (6) ermöglicht sind, gewährleistet ist. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kühlmittelleitung ausgebildete Versorgungsleitung (9) einen Rohrabschnitt (90) umfasst, der an zumindest einem axialen Ende mit einer elastischen und/oder verschiebbaren Dichtung ausgebildet und in einer Aufnahme (91 , 92) verschiebbar geführt angeordnet ist. 5. Electrical machine arrangement (1) according to claim 4, characterized in that the length compensation element (8) as in the axial direction or in the radial direction extending extension (81) is formed, which is partially in a corresponding recess (30; 50), the extension (81) being connected either to the stator (3) or to the component (6) supporting the stator (3) and the corresponding recess (30; 50) in the supporting component (6) or in the stator (3) is formed. Electrical machine arrangement (1) according to claim 5, characterized in that the extension (81) in the corresponding recess (30; 50) via an elastic element (80) is arranged subjected to a force at least in a circumferential direction. Electrical machine arrangement (1) according to claim 6, characterized in that the elastic element (80) is designed as an elastomer or as a spiral or leaf spring. Electrical machine arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the length compensation element (8) is formed from at least one leaf spring (84) connected circumferentially to the stator (3) or from at least one leaf spring assembly (840) connected circumferentially to the stator (3). is. Electrical machine arrangement (1) according to Claim 8, characterized in that the length compensation element (8) is connected by a plurality of leaf springs (84) distributed circumferentially on the stator (3) or a plurality of leaf spring assemblies (840) distributed circumferentially on the stator (3). is trained. Electrical machine arrangement (1) according to any one of the preceding claims 4-9, characterized in that the length compensation element (8) is designed as a coupling rod (85). Electrical machine arrangement (1) according to claim 10, characterized in that the coupling rod (85) has an articulated connection, in particular a ball joint connection, or an elastic connection, in particular a connection head equipped with an elastomer, on at least one of its free axial ends. Electrical machine arrangement (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the length compensation element (8) extending in the axial direction or in the radial direction and as a corrugated tube (83) formed supply line (9) for coolant is formed. Electrical machine arrangement (1) according to any one of the preceding claims 4-12, characterized in that the supply lines (9) are formed, due to the interposition of the length compensation element (8) between the stator (3) and the stator (3) supporting component ( 6) permitted axial displacement of the stator (3) to compensate for a predetermined maximum distance. Electrical machine arrangement (1) according to Claim 13, characterized in that a supply line (9) designed as a coolant line is formed at least in sections by an elastic and/or displaceable seal or by an elastic corrugated pipe or by an elastic bellows or by an elastic hose, such that a coolant supply of the stator (3) is guaranteed in all axial positions that are made possible by the axial length compensation element (8) between the stator (3) and the stator (3) supporting component (6). Electrical machine arrangement (1) according to claim 14, characterized in that designed as a coolant line supply line (9) comprises a pipe section (90) which at least one axial end with an elastic and/or displaceable seal and is arranged displaceably guided in a receptacle (91, 92).
16. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelstange (85) zur Zuführung von Kühlmittel zum Stator (3) im Inneren hohl ausgebildet ist und/oder für die elektrische Versorgung des Stators (3) zumindest bereichsweise elektrisch leitend ausgebildet ist. 16. Electrical machine arrangement (1) according to claim 13, characterized in that the coupling rod (85) for supplying coolant to the stator (3) is hollow on the inside and/or electrically conductive at least in regions for the electrical supply of the stator (3). is trained.
17. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Stromleitung ausgebildete Versorgungsleitung (9) zumindest abschnittsweise längenelastisch ausgebildet ist oder in ihrer Länge und Ausbildung derart bemessen ist, dass eine elektrische Versorgung des Stators (3) in allen axialen Positionen, die durch das axiale Längenausgleichselement (8) zwischen Stator (3) und der den Stator (3) abstützenden Komponente (6) ermöglicht sind, gewährleistet ist. 17. Electrical machine arrangement (1) according to Claim 13, characterized in that a supply line (9) designed as a power line is designed to be length-elastic at least in sections or is dimensioned in terms of its length and design in such a way that an electrical supply to the stator (3) is provided in all axial Positions that are made possible by the axial length compensation element (8) between the stator (3) and the stator (3) supporting component (6) is ensured.
18. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Stromleitung ausgebildete Versorgungsleitung (9) zumindest bereichsweise einen, eine Verlängerung der Versorgungsleitung (9) ermöglichenden Längenausgleichsabschnitt aufweist, wobei der Längenausgleichsabschnitt insbesondere durch ein Kabel, durch eine elastische Stromschiene, durch eine Leiterspirale oder durch ein elastisches, elektrisch leitendes Leitergeflecht gebildet ist. 18. The electrical machine arrangement (1) according to claim 13, characterized in that a supply line (9) designed as a power line has at least in some areas a length-compensating section that enables the supply line (9) to be extended, the length-compensating section in particular being provided by a cable, by an elastic busbar , is formed by a spiral conductor or by an elastic, electrically conductive braided conductor.
19. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die als Strom leitungen ausgebildeten Versorgungsleitungen (9) zur elektrischen Versorgung der elektrischen Maschine (2) gebildet sind durch zumindest zwei umfänglich verteilt am Stator (3) angeordnete Blattfedern (84) oder Blattfederpakete (840). - 31 - Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Stromleitung ausgebildete Versorgungsleitung (9) flachbandartig ausgebildet ist, wobei die Stromleitung derart an den Stator (3) angebunden ist, dass die Bandebene der Strom leitung senkrecht zur axialen Bewegungsrichtung des Stators (3) liegt. Elektrische Maschinenanordnung (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) über die erste Lagerung (61 ), welche in einem sich in radialer Richtung zwischen Rotor (4) und Stator (3) gebildeten Ringspalt angeordnet ist, mittels einer ersten Lagerstelle (611 ) und mittels einer von der ersten Lagerstelle (611 ) axial beabstandeten zweiten Lagerstelle (612) am Stator (3) gelagert ist, insbesondere dass der Rotor (4) über ein erstes Wälzlager, welches zwischen im Stator (3) und im Rotor (4) ausgebildeten Widerlagerstellen (31 , 41 ) axial fixiert angeordnet ist, und über ein zweites Wälzlager, welches zwischen im Stator (3) und im Rotor (4) ausgebildeten Widerlagerstellen (31 , 41 ) axial fixiert angeordnet ist, gelagert ist. 19. Electrical machine arrangement (1) according to claim 13, characterized in that the supply lines (9) designed as power lines for the electrical supply of the electrical machine (2) are formed by at least two leaf springs (84) distributed circumferentially on the stator (3). or leaf spring packages (840). - 31 - Electrical machine arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the supply line (9) designed as a power line is designed like a flat strip, the power line being connected to the stator (3) in such a way that the strip plane of the power line is vertical to the axial direction of movement of the stator (3). Electrical machine arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor (4) via the first bearing (61), which is arranged in an annular gap formed in the radial direction between the rotor (4) and the stator (3), is mounted on the stator (3) by means of a first bearing point (611) and by means of a second bearing point (612) that is axially spaced apart from the first bearing point (611), in particular that the rotor (4) has a first roller bearing, which is located between the stator (3rd ) and abutment points (31, 41) formed in the rotor (4), and via a second roller bearing, which is arranged axially fixed between the abutment points (31, 41) formed in the stator (3) and in the rotor (4), is stored.
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