EP4674038A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP4674038A1
EP4674038A1 EP24708180.5A EP24708180A EP4674038A1 EP 4674038 A1 EP4674038 A1 EP 4674038A1 EP 24708180 A EP24708180 A EP 24708180A EP 4674038 A1 EP4674038 A1 EP 4674038A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plastic holding
stator
electrical machine
section
plastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24708180.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Suswedyk
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.)
Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pierburg GmbH filed Critical Pierburg GmbH
Publication of EP4674038A1 publication Critical patent/EP4674038A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/167—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings
    • H02K5/1672—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/12—Machines characterised by the bobbins for supporting the windings

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine, in particular an electric motor.
  • the electrical machine comprises a stator unit with a ferromagnetic stator body, a multi-part plastic holding body which surrounds the stator body, wherein the plastic holding body has two axially adjacent plastic holding elements, and at least one stator winding which is arranged on the plastic holding body.
  • the electrical machine comprises a rotor unit with a rotor shaft which is rotatably mounted on the plastic holding body via a shaft radial bearing, and a rotor body which is fastened to the rotor shaft and is arranged within the stator body.
  • Such an electrical machine is disclosed, for example, in DE 40 215 99 A1, wherein the electrical machine has a stator unit with a plurality of stator teeth, which form the ferromagnetic stator body, and a plastic holding body.
  • the plastic holding body has two shell-shaped plastic holding elements, which axially adjoin one another at a separating plane arranged centrally in the axial direction of the stator.
  • the plastic holding elements serve to position the stator teeth relative to one another and to accommodate the stator winding, wherein the wound stator winding is electrically insulated from the stator teeth by the plastic holding elements.
  • the plastic holding elements are fixed in the circumferential direction via a pin attached to one of the plastic holding elements and an opening provided on the other plastic holding element, wherein the pin engages in the opening.
  • the electrical machine also has a rotor unit which has a rotor shaft and a rotor body attached to the rotor shaft. The rotor shaft is rotatably mounted on the plastic holding elements via two roller bearings
  • stator unit has a relatively low torsional rigidity, i.e. a relatively low rigidity in the circumferential direction.
  • the present invention is based on the object of creating a relatively inexpensive and easily assembled electrical machine which has a high torsional rigidity.
  • the electrical machine according to the invention comprises a fixed stator unit and a rotatable rotor unit.
  • the stator unit comprises a ferromagnetic stator body and a multi-part plastic holding body which surrounds the stator body.
  • the stator body typically defines a plurality of stator poles distributed along a circumference of the rotor unit.
  • the stator body can be designed as a solid body. However, the stator body preferably consists of a large number of sheet metal parts.
  • a stator body constructed in this way is also referred to as a laminated stator body or a sheet metal stator body and has particularly low eddy currents when the electrical machine is in operation.
  • the stator body is generally made of a ferromagnetic metal.
  • the stator body typically comprises a plurality of winding support sections on which an electromagnetic stator winding is arranged.
  • the plastic holding body has two plastic holding elements, which are preferably produced by an injection molding process.
  • the plastic holding elements are preferably identical.
  • the plastic holding elements are axially adjacent to one another and are indirectly or directly connected to one another in a form-fitting manner in the circumferential direction, with a first plastic holding element being pushed onto the stator base body on a first axial side and a second plastic holding element being pushed onto the stator body on a second axial side.
  • the plastic holding body serves, among other things, to provide electrical insulation between the stator body and the stator windings, which is why at least a section of the plastic holding body surrounding the stator body is preferably made of a plastic material with good electrical insulation properties, i.e. with a high specific electrical resistance, typically at least 10 10 ⁇ cm, and a high dielectric strength.
  • the rotor unit comprises a rotor shaft, which is supported in the plastic holding body via a shaft radial bearing, and a rotor body, which is fastened to the rotor shaft and is arranged within the stator body.
  • the shaft radial bearing can be designed exclusively for radial support, or can be designed for radial and axial support of the rotor shaft.
  • the rotor shaft is supported in a housing part of the electrical machine via a further shaft radial bearing, which is arranged on a side of the rotor body opposite the shaft radial bearing arranged on the plastic holding body.
  • the rotor body may be designed as a solid, permanent magnetic body, may be configured to carry at least one permanent magnet, or may be configured to carry at least one electromagnetic rotor winding.
  • the rotor body is generally made of a ferromagnetic metal and may either be designed as a solid body or consist of several interconnected individual parts, typically sheet metal parts.
  • the plastic holding body has two axially spaced-apart separation planes on which the two plastic holding elements axially adjoin one another or rest against one another.
  • both plastic holding elements each have at least one first, short axial section and at least one second, long axial section, wherein the first axial section of the first plastic holding element and the second axial section of the second plastic holding element define a first separation plane and the first axial section of the second plastic holding element and the second axial section of the first plastic holding element define a second separation plane.
  • the total length of the two axial sections of the two plastic holding elements that are axially adjacent to one another, i.e. arranged in alignment with one another always remains the same.
  • the two axially spaced-apart separation planes ensure that there is no transverse plane on which the two plastic retaining elements only slide in the circumferential direction.
  • the two plastic retaining elements would slide against each other in the circumferential direction, but the two axial sections that define the second separation plane support the area of the first separation plane in the direction of rotation.
  • the two plastic elements are separated from one another in the direction of rotation at the second parting plane by the axial sections defining the first parting plane.
  • the stator body has a plurality of radial projections distributed over the circumference and the plastic holding body has a radial opening for each radial projection, such that the plastic holding elements are connected to the stator body in a form-fitting manner in the circumferential direction by the engagement of the radial projections in the radial openings.
  • This allows the plastic holding body to be attached to the stator body in a form-fitting manner in the circumferential direction in a simple manner.
  • the first axial section is arranged in the circumferential direction on a first side of a radial projection of the stator body and the second axial section is arranged on a second side of the radial projection.
  • the plastic holding body is divided in both parting planes at each radial projection of the stator body, so that there is increased rigidity of the stator unit at each radial projection.
  • the same axial section of a plastic holding element is arranged in the circumferential direction on the two mutually facing sides of the mutually adjacent radial projections.
  • one plastic holding element has a section in the circumferential direction between two axial sections, which has a recess into which a projection of a section of the other plastic holding element arranged in the circumferential direction between two axial projections engages.
  • This provides an additional A positive connection is realized between the two plastic holding elements, whereby the torsional rigidity, i.e. the rigidity in the circumferential direction, of the stator unit is further increased.
  • the plastic holding elements are each made in one piece. This allows the plastic holding elements to be manufactured easily and inexpensively.
  • the plastic holding elements are manufactured using an injection molding process.
  • the plastic holding elements are axially fastened to one another by the stator winding wound onto the plastic holding body.
  • the coil winding is wound around the sections of the plastic holding elements in the area of the radial projections, whereby the plastic holding elements are axially fixed to one another. This allows the plastic holding elements to be axially connected to one another easily and inexpensively, with no additional, cost-intensive joining elements being required.
  • the plastic holding elements are each pot-shaped, with the plastic holding elements each having a front side section and a covering section surrounding the base body. At least one of the plastic holding elements has an opening on the front side section through which the rotor unit can be pushed when the stator unit is fully assembled.
  • the rotor unit could first be inserted into the through-opening of the stator unit and then at least one of the two plastic holding elements could be fully assembled. In this case, an opening for pushing the rotor unit through on one of the plastic holding elements would not be necessary.
  • the first plastic holding element and/or the second plastic holding element has a bearing section for the sliding bearing of the rotor shaft.
  • the bearing section is a bore into which the rotor shaft is inserted, with the rotor shaft being supported radially on the circumferential surface of the bore.
  • the bearing section is preferably formed by a plastic injection-molded onto the plastic holding element, whereby improved sliding properties of the sliding bearing can be achieved.
  • the front side section preferably comprises a spoke structure.
  • the spoke structure makes it possible to create a mechanically stable front side section with relatively little material. This makes it possible to create a relatively lightweight electrical machine.
  • the spoke structure also makes it possible to form the entire plastic holding body with a relatively homogeneous wall thickness. The relatively homogeneous wall thickness in turn makes it particularly easy to manufacture the plastic holding body using the injection molding process.
  • the stator unit 14 comprises a stator body 18, which consists of a plurality of ferromagnetic sheet metal parts 181, which are stacked in the axial direction to form a laminated core 182.
  • the stator body 18 comprises six radial projections 20, which are distributed over the circumference and extend axially from a first end face to the second end face of the laminated core 182.
  • Each radial projection 20 forms a winding support section 183, on which a stator winding 22 is arranged.
  • the stator unit 14 further comprises a plastic holding body 24, which is composed of a first plastic holding element 241 and a second plastic holding element 242.
  • the plastic holding elements 241, 242 are each pot-shaped and have a front side section 26 and a covering section 28. Both plastic holding elements 241, 242 have
  • Enclosure section 28 has six radially projecting sections 29 distributed over the circumference, each of which includes an open radial opening 30.
  • the radial projections 20 of the stator body 18 are arranged within the radial openings 30 of the plastic holding elements 241, 242.
  • the pot-shaped first plastic holding element 241 When assembling the stator unit 14, the pot-shaped first plastic holding element 241 is pushed onto the laminated core over the first end face of the stator body 18 with the covering section 28.
  • the pot-shaped second plastic holding element 242 is pushed over the second
  • the front side of the stator body 18 with the covering section 28 is also pushed onto the laminated core 182.
  • the two plastic holding elements 241, 242 In the final assembled state, the two plastic holding elements 241, 242 abut or lie against one another with the axial end facing away from the front side section 26 and are axially connected to one another by the wound stator winding 22.
  • the plastic holding body 24 has two axially spaced-apart separation planes E1, E2, on which the two plastic holding elements 241, 242 axially adjoin one another or bear against one another.
  • both plastic holding elements 241, 242 each have six first, short axial sections 321, 341 and six second, long axial sections 322, 342, wherein the first axial sections 321, 341 all have the same length and the second axial sections 322, 342 also all have the same length.
  • the first axial sections 321 of the first plastic holding element 241 and the second axial sections 342 of the second plastic holding element 242 define the first separation plane E1.
  • the first axial sections 341 of the second plastic holding element 242 and the second axial sections 322 of the first plastic holding element 241 define a second separation plane E2.
  • the axial sections 321, 322, 341, 342 are arranged in the circumferential direction on the radial projections 20 of the stator body 18 in such a way that the first axial section 321, 341 is arranged on a first side of a radial projection 20 and the second axial section 322, 342 is arranged on a second side of the same radial projection 20, wherein on the sides of the the same axial section 321, 322, 341, 342 is arranged on each of the adjacent radial projections 20.
  • the first axial section 321, 341 is arranged on the sides of the adjacent radial projections 20 facing each other in the circumferential direction.
  • the second axial section 322, 342 is arranged on the sides of the adjacent radial projections 20 facing each other in the circumferential direction.
  • both plastic holding elements 241, 242 have a plurality of sections 36 in the circumferential direction between the two axial sections 321, 322, 341, 342, which each have a recess 361 or a projection 362, wherein each projection 362 of a plastic holding element 241, 242 engages in a recess 361 of the other plastic holding element 241, 242.
  • the front side section 26 of the first plastic holding element 241 has a spoke structure 261 through which air can flow for providing a cooling air flow.
  • the spoke structure 261 comprises a plurality of spokes 2611 and openings 2612 formed between the spokes 2611, through which air can flow axially through the spoke structure 261.
  • the front side section 26 of the first plastic holding element 241 has a bearing section 262 radially on the inside, which forms a shaft radial bearing 25 for supporting the rotor unit 16.
  • the plastic holding elements 241, 242 can each consist of a single plastic material, which advantageously has both relatively good electrical insulation properties and relatively good tribological properties. Alternatively, another plastic material could be molded onto the bearing section 262, which advantageously has particularly good tribological properties.
  • the rotor unit 16 comprises a rotor shaft 40 and a rotor body 42 fastened to the rotor shaft 40.
  • the rotor shaft 40 is mounted on a first axial side of the rotor body 42 via the shaft radial bearing 25 on the plastic holding body 24, in particular on the first plastic holding element 241, wherein the rotor shaft 40 extends through the bearing section 262 of the first plastic holding element 241 and an outer surface of the rotor shaft 40 is in frictional contact with a sliding surface 251.
  • the rotor shaft 40 is rotatably mounted on a second axial side of the rotor body 42 via a further bearing element not shown in the figures on a housing, also not shown.
  • the rotor shaft 40 could also be rotatably mounted on the plastic holding body 24, in particular on the second plastic holding element 242.
  • the second plastic holding element 242 has an opening 32 which is designed such that the rotor unit 16 can be inserted into the stator unit 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

Elektrische Maschine (10), umfassend: eine Statoreinheit (14) mit einem ferromagnetischen Statorkörper (18), einem mehrteiligen Kunststoffhaltekörper (24), welcher den Statorkörper (18) umgibt, wobei der Kunststoffhaltekörper (24) zwei, axial aneinander angrenzende Kunststoffhalteelemente (241, 242) aufweist, und mindestens einer Statorwicklung (22), welche an dem Kunststoffhaltekörper (24) angeordnet ist, eine Rotoreinheit (16) mit einer Rotorwelle (40), welche über ein Wellenradiallager (25) an dem Kunststoffhaltekörper (24) drehbar gelagert ist, und einem Rotorkörper (42), welcher an der Rotorwelle (40) befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers (18) angeordnet ist, wobei der Kunststoffhaltekörper (24) mindestens zwei axial voneinander beabstandete Trennebenen (E1, E2) aufweist, in welchen die beiden Kunststoffhalteelemente (241, 242) axial aneinander angrenzen.

Description

B E S C H R E I B U N G
Elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor. Die elektrische Maschine umfasst eine Statoreinheit mit einem ferromagnetischen Statorkörper, einem mehrteiligen Kunststoffhaltekörper, welcher den Statorkörper umgibt, wobei der Kunststoffhaltekörper zwei, axial aneinander angrenzende Kunststoffhalteelemente aufweist, und mindestens einer Statorwicklung, welche an dem Kunststoffhaltekörper angeordnet ist. Außerdem umfasst die elektrische Maschine eine Rotoreinheit mit einer Rotorwelle, welche über ein Wellenradiallager an dem Kunststoffhaltekörper drehbar gelagert ist, und einem Rotorkörper, welcher an der Rotorwelle befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers angeordnet ist.
Eine derartige elektrische Maschine ist beispielsweise in DE 40 215 99 Al offenbart, wobei die elektrische Maschine eine Statoreinheit mit mehreren Statorzähnen, welche den ferromagnetischen Statorkörper bilden, und einem Kunststoffhaltekörper aufweist. Der Kunststoffhaltekörper weist zwei schalenförmige Kunststoffhalteelemente auf, welche an einer in Axialrichtung des Stators mittig angeordneten Trennebene axial aneinander angrenzen. Die Kunststoffhalteelemente dienen der Positionierung der Statorzähne zueinander und der Aufnahme der Statorwicklung, wobei die aufgewickelte Statorwicklung durch die Kunststoffhalteelemente elektrisch isoliert zu den Statorzähnen ist. Die Fixierung der Kunststoffhalteelemente in Umfangsrichtung erfolgt über einen an einem der Kunststoffhalteelemente befestigten Stift und eine an dem anderen Kunststoffhalteelement vorgesehene Öffnung, wobei der Stift in die Öffnung eingreift. Die elektrische Maschine weist außerdem eine Rotoreinheit auf, welche eine Rotorwelle und einen an der Rotorwelle befestigten Rotorkörper aufweist. Die Rotorwelle ist über zwei Wälzlager an den Kunststoffhalteelementen drehbar gelagert.
Nachteilig an einer mittigen Teilung des Kunststoffhaltekörpers ist, dass die Statoreinheit dadurch eine relativ geringe Verwindungssteifigkeit, d.h. eine relativ geringe Steifigkeit in Umfangsrichtung, aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ kostengünstige und einfach montierbare elektrische Maschine zu schaffen, welche eine hohe Verwindungssteifigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst eine feststehende Statoreinheit und eine drehbare Rotoreinheit.
Die Statoreinheit umfasst einen ferromagnetischen Statorkörper und einen mehrteiligen Kunststoffhaltekörper, welcher den Statorkörper umgibt. Typischerweise definiert der Statorkörper mehrere entlang eines Umfangs der Rotoreinheit verteilt angeordnete Statorpole. Der Statorkörper kann als massiver Körper ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht der Statorkörper jedoch aus einer Vielzahl von Metallblechteilen. Ein derartig aufgebauter Statorkörper wird auch als laminierter Statorkörper oder als geblechter Statorkörper bezeichnet und weist im Betrieb der elektrischen Maschine besonders geringe Wirbelströme auf. Der Statorkörper besteht im Allgemeinen aus einem ferromagnetischen Metall. Der Statorkörper umfasst typischerweise mehrere Wicklungstragabschnitte, an denen eine elektromagnetische Statorwicklung angeordnet ist. Der Kunststoffhaltekörper weist zwei Kunststoffhalteelemente auf, welche vorzugsweise durch ein Spritzgussverfahren hergestellt sind. Vorzugsweise sind die Kunststoffhalteelemente identisch ausgeführt. Die Kunststoffhalteelemente grenzen axial aneinander an und sind mittelbar oder unmittelbar in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden, wobei ein erstes Kunststoffhalteelement an einer ersten Axialseite auf den Statorgrundkörper aufgeschoben ist und ein zweites Kunststoffhalteelement an einer zweiten Axialseite auf den Statorkörper aufgeschoben ist.
Der Kunststoffhaltekörper dient unter anderem der elektrischen Isolation zwischen dem Statorkörper und den Statorwicklungen, weshalb zumindest ein den Statorkörper umgebender Abschnitt des Kunststoffhaltekörpers vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial mit guten elektrischen Isolationseigenschaften, also mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand, typischerweise mindestens IO10 Qcm, und einer hohen Durchschlagfestigkeit, besteht.
Die Rotoreinheit umfasst eine Rotorwelle, die über ein Wellenradiallager in dem Kunststoffhaltekörper gelagert ist, und einen Rotorkörper, der an der Rotorwelle befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers angeordnet ist. Das Wellenradiallager kann ausschließlich zur radialen Lagerung eingerichtet sein, oder kann zur radialen und axialen Lagerung der Rotorwelle eingerichtet sein. Typischerweise ist die Rotorwelle über ein weiteres Wellenradiallager, das auf einer dem an dem Kunststoffhaltekörper angeordneten Wellenradiallager gegenüberliegenden Seite des Rotorkörpers angeordnet ist, in einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine gelagert. Der Rotorkörper kann als massiver, permanentmagnetischer Körper ausgebildet sein, kann eingerichtet sein, mindestens einen Permanentmagnet zu tragen, oder kann eingerichtet sein, mindestens eine elektromagnetische Rotorwicklung zu tragen. In den letzten beiden Fällen besteht der Rotorkörper im Allgemeinen aus einem ferromagnetischen Metall und kann entweder als massiver Körper ausgebildet sein oder aus mehreren miteinander verbundenen Einzelteilen, typischerweise Metallblechteilen, bestehen.
Erfindungsgemäß weist der Kunststoffhaltekörper zwei axial voneinander beabstandete Trennebenen auf, an welchen die beiden Kunststoffhalteelemente axial aneinander angrenzen bzw. aneinander anliegen. Vorzugsweise weisen beide Kunststoffhalteelemente jeweils mindestens einen ersten, kurzen Axialabschnitt und mindestens einen zweiten, langen Axialabschnitt auf, wobei der erste Axialabschnitt des ersten Kunststoffhalteelements und der zweite Axialabschnitt des zweiten Kunststoffhalteelements eine erste Trennebene definieren und der erste Axialabschnitt des zweiten Kunststoffhalteelements und der zweite Axialabschnitt des ersten Kunststoffhalteelements eine zweite Trennebene definieren. Die Gesamtlänge der beiden, axial aneinander angrenzenden, d.h. fluchtend zueinander angeordneten, Axialabschnitte der beiden Kunststoffhalteelemente bleibt immer gleich.
Bei einer Beanspruchung der Statoreinheit auf Torsion wird durch die beiden, axial voneinander beabstandeten Trennebenen bewirkt, dass keine Querebene vorliegt, an welcher ausschließlich ein Abgleiten der beiden Kunststoffhalteelemente in Umfangsrichtung erfolgt. An der ersten Trennebene würden die beiden Kunststoffhalteelemente zwar aneinander in Umfangsrichtung abgleiten, jedoch stützen die beiden Axialabschnitte, welche die zweite Trennebene definieren, den Bereich der ersten Trennebenen in Rotationsrichtung ab. Gleichermaßen stützen sich die beiden Kunststoffelemente an der zweiten Trennebenen durch die die erste Trennebene definierenden Axialabschnitte in Rotationsrichtung aneinander ab.
Dadurch wird die Steifigkeit der Statoreinheit in Rotationsrichtung auf eine einfache Weise erhöht.
Vorzugsweise weist der Statorkörper mehrere über den Umfang verteilte Radialvorsprünge und der Kunststoffhaltekörper je Radialvorsprung eine Radialöffnung auf, derart, dass die Kunststoffhalteelemente durch das Eingreifen der Radialvorsprünge in die Radialöffnungen mit dem Statorkörper in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden sind. Dadurch kann der Kunststoffhaltekörper auf eine einfache Weise an dem Statorkörper in Umfangsrichtung formschlüssig befestigt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Axialabschnitt in Umfangsrichtung an einer ersten Seite eines Radialvorsprungs des Statorkörpers angeordnet und der zweite Axialabschnitt ist an einer zweiten Seite des Radialvorsprungs angeordnet. Auf diese Weise ist der Kunststoffhaltekörper an jedem Radialvorsprung des Statorkörpers in beiden Trennebenen geteilt, so dass eine erhöhte Steifigkeit der Statoreinheit an jedem Radialvorsprung vorliegt. Vorzugsweise ist in Umfangsrichtung an den beiden zueinander zugewandten Seiten der zueinander benachbarten Radialvorsprünge jeweils der gleiche Axialabschnitt eines Kunststoffhalteelements angeordnet.
Vorzugsweise weist das eine Kunststoffhalteelement einen Abschnitt in Umfangsrichtung zwischen zwei Axialabschnitten auf, welcher eine Aussparung aufweist, in welche ein Vorsprung eines in Umfangsrichtung zwischen zwei Axialvorsprüngen angeordneten Abschnitts des anderen Kunststoffhalteelements eingreift. Dadurch wird eine zusätzliche formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kunststoffhalteelementen realisiert, wodurch die Verwindungssteifigkeit, d.h. die Steifigkeit in Umfangsrichtung, der Statoreinheit nochmals erhöht wird.
Vorzugsweise sind die Kunststoffhalteelemente jeweils einstückig hergestellt. Dadurch können die Kunststoffhalteelemente einfach und kostengünstig hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Kunststoffhalteelemente durch ein Spritzgießverfahren hergestellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Kunststoffhalteelemente durch die auf den Kunststoffhaltekörper aufgewickelte Statorwicklung axial aneinander befestigt. Dabei wird die Spulenwicklung im Bereich der Radialvorsprünge um die Abschnitte der Kunststoffhalteelemente gewickelt, wodurch die Kunststoffhalteelemente axial aneinander fixiert werden. Dadurch können die Kunststoffhalteelemente einfach und kostengünstig miteinander axial verbunden werden, wobei keine zusätzlichen, kostenintensiven Fügeelemente erforderlich sind.
Vorzugsweise sind die Kunststoffhalteelemente jeweils topfförmig ausgeführt, wobei die Kunststoffhalteelemente jeweils einen Stirnseitenabschnitt und einen den Grundkörper umgebenden Umhüllungsabschnitt aufweisen. Zumindest einer der Kunststoffhalteelemente weist an dem Stirnseitenabschnitt eine Öffnung auf, durch welche die Rotoreinheit bei einer endmontierten Statoreinheit durchgeschoben werden kann. Alternativ könnte auch zunächst die Rotoreinheit in die Durchgangsöffnung der Statoreinheit eingeführt werden und anschließend zumindest eines der beiden Kunststoffhalteelemente endmontiert werden. Hierbei wäre eine Öffnung zum Durchschieben der Rotoreinheit an einem der Kunststoffhalteelemente nicht erforderlich. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Kunststoffhalteelement und/oder das zweite Kunststoffhalteelement einen Lagerabschnitt zur Gleitlagerung der Rotorwelle auf. Der Lagerabschnitt ist eine Bohrung, in welche die Rotorwelle eingesteckt ist, wobei die Rotorwelle sich radial an der Umfangsfläche der Bohrung abstützt. Vorzugsweise ist der Lagerabschnitt durch einen an das Kunststoffhalteelement angespritzten Kunststoff gebildet, wodurch verbesserte Gleiteigenschaften der Gleitlagerung realisiert werden können.
Vorzugsweise umfasst der Stirnseitenabschnitt eine Speichenstruktur. Die Speichenstruktur ermöglicht es, mit relativ geringem Materialeinsatz einen mechanisch stabilen Stirnseitenabschnitt zu schaffen. Hierdurch kann eine relativ leichtgewichtige elektrische Maschine geschaffen werden. Die Speichenstruktur ermöglicht es ferner, den gesamten Kunststoffhaltekörper mit einer relativ homogenen Wandstärke auszubilden. Die relativ homogene Wandstärke ermöglicht wiederum eine besonders einfache Herstellung des Kunststoffhaltekörpers im Spritzgussverfahren.
Besonders bevorzugt ist die Speichenstruktur axial durchströmbar, um eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine zu ermöglichen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigt:
Figur 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, und Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer endmontierten Statoreinheit einer elektrischen Maschine aus Figur 1.
Die Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 10 mit einer auch in der Figur 2 gezeigten Statoreinheit 14 und einer drehbaren Rotoreinheit 16.
Die Statoreinheit 14 umfasst einen Statorkörper 18, der aus einer Vielzahl von ferromagnetischen Metallblechteilen 181 besteht, die in axialer Richtung zu einem Blechpaket 182 gestapelt sind. Der Statorkörper 18 umfasst sechs, über den Umfang verteilt angeordnete Radialvorsprünge 20, welche sich von einer ersten Stirnseite bis zur zweiten Stirnseite des Blechpakets 182 axial erstrecken. Jeder Radialvorsprung 20 bildet jeweils einen Wicklungstragabschnitt 183, an denen eine Statorwicklung 22 angeordnet ist.
Die Statoreinheit 14 umfasst weiterhin einen Kunststoffhaltekörper 24, welcher aus einem ersten Kunststoffhalteelement 241 und einem zweiten Kunststoffhalteelement 242 zusammengesetzt ist. Die Kunststoffhalteelemente 241, 242 sind jeweils topfartig ausgeführt und weisen einen Stirnseitenabschnitt 26 sowie einen Umhüllungsabschnitt 28 auf. Beide Kunststoffhalteelemente 241, 242 weisen am
Umhüllungsabschnitt 28 sechs, über den Umfang verteilte, radial vorstehende Abschnitte 29 auf, welche jeweils eine offene Radialöffnung 30 umfassen. Im endmontierten Zustand sind die Radialvorsprünge 20 des Statorkörpers 18 innerhalb der Radialöffnungen 30 der Kunststoffhalteelemente 241, 242 angeordnet.
Bei der Montage der Statoreinheit 14 wird das topfförmige erste Kunststoffhalteelement 241 über die erste Stirnseite des Statorkörpers 18 mit dem Umhüllungsabschnitt 28 auf das Blechpaket aufgeschoben. Das topfförmige zweite Kunststoffhalteelement 242 wird über die zweite Stirnseite des Statorkörpers 18 mit dem Umhüllungsabschnitt 28 ebenfalls auf das Blechpaket 182 aufgeschoben. Im endmontierten Zustand grenzen bzw. liegen die beiden Kunststoffhalteelemente 241, 242 mit dem dem Stirnseitenabschnitt 26 abgewandten Axialende aneinander an und sind durch die aufgewickelte Statorwicklung 22 miteinander axial verbunden.
Erfindungsgemäß weist der Kunststoffhaltekörper 24 zwei axial voneinander beabstandete Trennebenen El, E2 auf, an welchen die beiden Kunststoffhalteelemente 241, 242 axial aneinander angrenzen bzw. aneinander anliegen. Hierfür weisen beide Kunststoffhalteelemente 241, 242 jeweils sechs erste, kurze Axialabschnitte 321, 341 und sechs zweite, lange Axialabschnitte 322, 342 auf, wobei die ersten Axialabschnitte 321, 341 alle die gleiche Länge aufweisen und die zweiten Axialabschnitte 322, 342 auch alle die gleiche Länge aufweisen. Die ersten Axialabschnitte 321 des ersten Kunststoffhalteelements 241 und die zweiten Axialabschnitte 342 des zweiten Kunststoffhalteelements 242 definieren die erste Trennebene El. Die ersten Axialabschnitte 341 des zweiten Kunststoffhalteelements 242 und die zweiten Axialabschnitte 322 des ersten Kunststoffhalteelements 241 definieren eine zweite Trennebene E2. Die Gesamtlänge der beiden, axial aneinander angrenzenden, d.h. fluchtend zueinander angeordneten, Axialabschnitte 321, 342 bzw. 322, 341 der beiden Kunststoffhalteelemente 241, 242 bleibt immer gleich.
Die Axialabschnitte 321, 322, 341, 342 sind derart in Umfangsrichtung an den Radialvorsprüngen 20 des Statorkörpers 18 angeordnet, dass an einer ersten Seite eines Radialvorsprungs 20 der erste Axialabschnitt 321, 341 angeordnet ist und an einer zweiten Seite desselben Radialvorsprungs 20 der zweite Axialabschnitt 322, 342 angeordnet ist, wobei an den in Umfangsrichtung zueinander zugewandten Seiten der zueinander benachbarten Radialvorsprünge 20 jeweils der gleiche Axialabschnitt 321, 322, 341, 342 angeordnet ist. Beispielsweise sind an den in Umfangsrichtung zueinander zugewandten Seiten der zueinander benachbarten Radialvorsprünge 20 jeweils der erste Axialabschnitt 321, 341 angeordnet. Anderenfalls sind an den in Umfangsrichtung zueinander zugewandten Seiten der zueinander benachbarten Radialvorsprünge 20 jeweils der zweite Axialabschnitt 322, 342 angeordnet.
Außerdem weisen beide Kunststoffhalteelemente 241, 242 mehrere Abschnitte 36 in Umfangsrichtung zwischen den beiden Axialabschnitten 321, 322, 341, 342 auf, welche jeweils eine Aussparung 361 oder einen Vorsprung 362 aufweisen, wobei jeder Vorsprung 362 eines Kunststoffhalteelements 241, 242 in jeweils eine Aussparung 361 des anderen Kunststoffhalteelements 241, 242 eingreift.
Der Stirnseitenabschnitt 26 des ersten Kunststoffhalteelements 241 weist eine luftdurchströmbare Speichenstruktur 261 zur Bereitstellung eines Kühlluftstroms auf. Die Speichenstruktur 261 umfasst eine Vielzahl von Speichen 2611 und zwischen den Speichen 2611 ausgebildete Öffnungen 2612, über welche die Speichenstruktur 261 axial durchströmbar ist. Außerdem weist der Stirnseitenabschnitt 26 des ersten Kunststoffhalteelements 241 radial innen einen ein Wellenradiallager 25 bildenden Lagerabschnitt 262 zur Lagerung der Rotoreinheit 16 auf.
Die Kunststoffhalteelemente 241, 242 können jeweils aus einem einzigen Kunststoffmaterial bestehen, das vorteilhafterweise sowohl relativ gute elektrische Isolationseigenschaften als auch relativ gute tribologische Eigenschaften aufweist. Alternativ könnte am Lagerabschnitt 262 ein anderes Kunststoffmaterial angespritzt sein, welches vorteilhafterweise besonders gute tribologische Eigenschaften aufweist. Die Rotoreinheit 16 umfasst eine Rotorwelle 40 und einen an der Rotorwelle 40 befestigten Rotorkörper 42. Die Rotorwelle 40 ist auf einer ersten axialen Seite des Rotorkörpers 42 über das Wellenradiallager 25 an dem Kunststoffhaltekörper 24, insbesondere an dem ersten Kunststoffhalteelement 241, gelagert, wobei sich die Rotorwelle 40 durch den Lagerabschnitt 262 des ersten Kunststoffhalteelements 241 hindurch erstreckt und eine Außenfläche der Rotorwelle 40 in Reibkontakt mit einer Gleitfläche 251 steht. Die Rotorwelle 40 ist auf einer zweiten axialen Seite des Rotorkörpers 42 über ein weiteres, in den Figuren nicht gezeigtes Lagerelement an einem ebenfalls nicht gezeigten Gehäuse drehbar gelagert. Alternativ könnte die Rotorwelle 40 ebenfalls an dem Kunststoffhaltekörper 24, insbesondere an dem zweiten Kunststoffhalteelemente 242, drehbar gelagert sein. Das zweite Kunststoffhalteelemente 242 weist eine Öffnung 32, welche derart ausgeführt ist, dass die Rotoreinheit 16 in die Statoreinheit 14 eingeschoben werden kann.
Damit wird eine elektrische Maschine geschaffen, welche kostengünstig und einfach montierbar ist und eine Statoreinheit mit einer hohen hohe Verwindungssteifigkeit aufweist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Elektrische Maschine (10), umfassend:
- eine Statoreinheit (14) mit
• einem ferromagnetischen Statorkörper (18),
• einem mehrteiligen Kunststoffhaltekörper (24), welcher den Statorkörper (18) umgibt, wobei der Kunststoffhaltekörper (24) zwei, axial aneinander angrenzende Kunststoffhalteelemente (241, 242) aufweist, und
• mindestens einer Statorwicklung (22), welche an dem Kunststoffhaltekörper (24) angeordnet ist,
- eine Rotoreinheit (16) mit
• einer Rotorwelle (40), welche über ein Wellenradiallager (25) an dem Kunststoffhaltekörper (24) drehbar gelagert ist, und
• einem Rotorkörper (42), welcher an der Rotorwelle (40) befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffhaltekörper (24) mindestens zwei axial voneinander beabstandete Trennebenen (El, E2) aufweist, in welchen die beiden Kunststoffhalteelemente (241, 242) axial aneinander angrenzen.
2. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei beide Kunststoffhalteelemente (241, 242) jeweils mindestens einen ersten, kurzen Axialabschnitt (321, 341) und mindestens einen zweiten, langen Axialabschnitt (322, 342) aufweisen, wobei der erste Axialabschnitt (321) des ersten Kunststoffhalteelements (241) und der zweite Axialabschnitt (342) des zweiten Kunststoffhalteelements (242) eine erste Trennebene (El) definieren und der erste Axialabschnitt (341) des zweiten Kunststoffhalteelements (242) und der zweite Axialabschnitt (322) des ersten Kunststoffhalteelements (241) eine zweite Trennebene (E2) definieren.
3. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Statorkörper (18) mehrere über den Umfang verteilte Radialvorsprünge (20) und der Kunststoffhaltekörper (24) je Radialvorsprung (20) eine Radialöffnung (30) aufweist, derart, dass die Kunststoffhalteelemente (241, 242) durch das Eingreifen der Radialvorsprünge (20) in die Radialöffnungen (30) mit dem Statorkörper (18) in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden sind.
4. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 2 und 3, wobei der erste
Axialabschnitt (321, 341) in Umfangsrichtung an einer ersten Seite eines Radialvorsprungs (20) angeordnet ist und der zweite Axialabschnitt (322, 342) an einer zweiten Seite des
Radialvorsprungs (20) angeordnet ist.
5. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 4, wobei in Umfangsrichtung an den beiden zueinander gewandten Seite der zueinander benachbarten Radialvorsprünge (20) jeweils der gleiche Axialabschnitt eines Kunststoffhalteelements (241, 242) angeordnet ist.
6. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 5, wobei das eine Kunststoffhalteelement (241, 242) einen Abschnitt (36) in Umfangsrichtung zwischen zwei Axialabschnitten (321, 341, 322, 342) aufweist, welcher eine Aussparung (361) aufweist, in welche ein Vorsprung (362) eines in Umfangsrichtung zwischen zwei Axialabschnitten (321, 341, 322, 342) angeordneten Abschnitts (36) des anderen Kunststoffhalteelements (241, 242) eingreift.
7. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffhalteelemente (241, 242) jeweils einstückig ausgeführt sind.
8. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffhalteelemente (241, 242) durch die auf den Kunststoffhaltekörper (24) aufgewickelte Statorwicklung (22) axial aneinander befestigt sind.
9. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffhalteelemente (241, 242) jeweils topfförmig ausgeführt sind, wobei die Kunststoffhalteelemente (241, 242) jeweils einen Stirnseitenabschnitt (26) und einen den Statorkörper (18) umgebenden Umhüllungsabschnitt (28) aufweisen.
10. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kunststoffhalteelement (241) und/oder das zweite Kunststoffhalteelement (242) einen Lagerabschnitt (262) zur Gleitlagerung der Rotorwelle (40) aufweist.
11. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Stirnseitenabschnitt (26) eine Speichenstruktur (261) vorgesehen ist.
12. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 11, wobei die Speichenstruktur (261) axial durchströmbar ist.
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