WO2020099048A1

WO2020099048A1 - Stützeinrichtung für einen rotor einer fremderregten innenläufer-synchronmaschine bestehend aus einem stützring und einer sternscheibe

Info

Publication number: WO2020099048A1
Application number: PCT/EP2019/077841
Authority: WO
Inventors: Daniel Loos
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-05-22
Also published as: US11349367B2; DE102018128521A1; CN111656649A; CN111656649B; US20210050761A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stützeinrichtung (15) für einen Rotor einer Innenlä ufer-Synchronmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Sternscheibe (16), welche am Blechpaket des Rotors zwischen einer Stirnseite des Blechpakets und Wickelköpfen der Rotorwicklungen anordenbar ist, und mit einem Stützring (17) zum Ummanteln der Sternscheibe (16), wobei die Sternscheibe (16) einen Ringträger (18) zum Anordnen an einem Rotorjoch des Blechpakets, vom Ringträger (18) radial abstehende Tragzähne (20) zum Anordnen an Rotorzähnen des Blechpakets, und kragenartige, von Enden der Tragzähne (20) axial abstehende Endstücke (21) zum Anordnen an Polschuhen des Rotorblechpakets, und wobei die Endstücke (21) der Sternscheibe (16) und der Stützring (17) zueinander komplementäre Bajonettverschlussbereiche (25, 26) aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, die Sternscheibe (16) und den Stützring (17) formschlüssig zu verbinden. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor (1), eine fremderregte Innenlä ufer-Synchronmaschine und ein Kraftfahrzeug mit einer derartiger Stützeinrichtung (15).

Description

STUTZEINRICHTUNG FÜR EINEN ROTOR EINER FREMDERREGTEN

INNENLÄUFER-SYNCHRONMASCHINE BESTEHEND AUS EINEM STÜTZRING UND

EINER STERNSCHEIBE

Die Erfindung betrifft eine Stützeinrichtung für einen Rotor einer fremderregten

Innenläufer-Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit einer Sternscheibe, welche an einem Blechpaket des Rotors zwischen einer Stirnseite des Blechpakets und an der Stirnseite überstehenden Wickelköpfen von Rotorwicklungen des Rotors anordenbar ist, und mit einem Stützring zum Ummanteln der Sternscheibe. Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor, eine fremderregte Innenläufer- Synchronmaschine und ein Kraftfahrzeug.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf fremderregte bzw. stromerregte Innenläufer- Synchronmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche fremderregten Synchronmaschinen weisen einen ortsfesten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit bestrombaren Rotorwicklungen auf. Der Rotor weist ein Blechpaket auf, welches die Rotorwicklungen trägt. Die Rotorwicklungen bilden an gegenüberliegenden Stirnseiten des Blechpakets Wickelköpfe aus. Um die Wickelköpfe des Rotors gegen hohe Fliehkräfte bei einer Rotation des Rotors mechanisch

abzustützen, sind aus dem Stand der Technik Sternscheiben bekannt. Sternscheiben werden an den axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Blechpakets zwischen den Stirnseiten und den Wickelköpfen angeordnet und dienen zum Umlenken der

Rotorwicklungen.

Um zu verhindern, dass die Sternscheiben durch die mechanische Belastung aufgrund der Fliehkräfte beschädigt werden, kann ein metallischer Stützring an jeder Sternscheibe angeordnet werden, welcher die Sternscheibe radial umgibt bzw. ummantelt. Dieser Stützring muss, um hohe Drehzahlen für den Rotor zu ermöglichen, sicher an dem Stützring gehalten werden. Um die Stützringe zu befestigen, können beispielsweise metallische Zuganker verwendet werden, was jedoch einen erhöhten Bauraumbedarf sowie einen erhöhten Materialaufwand zur Folge hat. Außerdem entsteht durch den metallischen Kontakt zwischen den Zugankern und den Stützungen ein elektromagnetischer Kurzschlusskäfig, welcher zusätzliche Verluste im Rotor erzeugt. Diese Verluste wirken sich nachteilig auf einen Wirkungsgrad und eine Thermik des Rotors aus. Auch ein Verschweißen oder Verschrauben des Stützrings an der

Sternscheibe würde sich negativ auf Leistungsdaten der Maschine auswirken. Durch das Verschrauben verursachte Bohrungen und Kerben sowie durch das Verschweißen verursachte Wärmeeinträge in den Rotor reduzieren außerdem eine Rotorfestigkeit.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besonders stabilen, für hohe

Drehzahlen geeigneten Rotor für eine elektrische Innenläufer-Synchronmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stützeinrichtung, einen Rotor, eine Innenläufer-Synchronmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.

Eine erfindungsgemäße Stützeinrichtung für einen Rotor einer fremderregten Innenläufer- Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weist eine Sternscheibe, welche an einem Blechpaket des Rotors zwischen einer Stirnseite des Blechpakets und an der Stirnseite überstehenden Wickelköpfen von Rotorwicklungen des Rotors anordenbar ist, und einen Stützring zum Ummanteln der Sternscheibe auf. Die

Sternscheibe umfasst einen Ringträger zum Anordnen an einem Rotorjoch des

Blechpakets. Außerdem umfasst die Sternscheibe in Umfangsrichtung von dem

Ringträger radial abstehende Tragzähne zum Anordnen an radial von dem Rotorjoch abstehenden, die Rotorwicklungen tragenden Rotorzähnen und zum Umlenken der Rotorwicklungen. Ferner umfasst die Sternscheibe kragenartige, von Enden der

Tragzähne axial abstehende Endstücke zum Anordnen an von den Rotorzähnen abstehenden Polschuhen und zum Aufnehmen von Fliehkräften der radial zu den

Endstücken benachbarten Wickelköpfe. Die Endstücke und der Stützring weisen zueinander komplementäre, durch eine Steck-Dreh-Bewegung miteinander verriegelbare Bajonettverschlussbereiche auf, welche dazu ausgelegt sind, die Sternscheibe und den Stützring formschlüssig zu verbinden.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Rotor für eine fremderregte Innenläufer- Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit einem Blechpaket aufweisend ein ringförmiges Rotorjoch, radial von dem Rotorjoch abstehende Rotorzähne und an den Rotorzähnen abstehende Polschuhe. Der Rotor weist außerdem

Rotorwicklungen, welche um die Rotorzähne gewickelt sind und an axial

gegenüberliegenden Stirnseiten des Blechpakets Wickelköpfe ausbilden, sowie zumindest eine erfindungsgemäße Stützeinrichtung auf. Die Sternscheibe ist zwischen einer der Stirnseiten und den Wickelköpfen angeordnet. Der Stützring umgibt die

Sternscheibe radial und ist mit der Sternscheibe formschlüssig verbunden.

Der Rotor kann in einem Hohlraum eines Stators einer stromerregten Innenläufer- Synchronmaschine angeordnet werden. Der Rotor weist das Blechpaket bzw. einen Rotorkern auf, welcher die Rotorwicklungen trägt. Der Rotorkern ist üblicherweise ein Üblicherweise ist der Rotorkern schichtweise aufgebaut und besteht aus bis zu 200 übereinander gestapelten Blechen. Der Rotorkern weist ein ringförmiges Rotorjoch und mehrere Rotorpole auf, welche in Umfangsrichtung entlang eines Rotorumfangs an dem Rotorjoch angeordnet sind. Innerhalb des Rotorjochs wird eine Rotorwelle angeordnet und mit dem Eisenkern verbunden. Die Rotorpole bestehen üblicherweise aus einem radial von dem Rotorjoch abstehenden Rotorzahn bzw. Rotorschaft sowie einem kreissegmentförmigen, tangential von dem Rotorzahn abstehenden Polschuh. Zwischen den Rotorzähnen sind Rotornuten gebildet, welche bis auf einen Schlitz zwischen zwei benachbarten Polschuhen von den Polschuhen verschlossen werden und in welche die Rotorwicklungen eingebracht werden. An axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Blechpakets ragen die Rotorwicklungen aus den Rotornuten heraus, verlaufen an den Stirnseiten über die Rotorzähne und bilden dort Wickelköpfe aus.

Der Rotor kann für jede Stirnseite eine Stützeinrichtung mit jeweils einer Sternscheibe und einem Stützring aufweisen. Die Sternscheiben werden anliegend an den axial gegenüberliegenden Stirnseiten des Blechpakets angeordnet. Die Sternscheiben dienen unter anderem dazu, Wicklungsdrähte der Rotorwicklungen an der jeweiligen Stirnseite umzulenken, sodass die um die Rotorzähne gewickelten Wicklungsdrähte an der Stirnseite über die Tragzähne der Sternscheibe verlaufen. Dazu weist die Sternscheibe eine mit der Stirnseite korrespondierende Form auf. Dies bedeutet, dass die Sternscheibe und die Stirnseite in etwa deckungsgleich ausgebildet sind, sodass die Sternscheibe passgenau an die Stirnseite angelegt werden kann. Die Sternscheibe weist dazu den mit der Form des Rotorjochs korrespondierenden Ringträger, eine mit der Anzahl an

Rotorpolen korrespondierende Anzahl an Tragzähnen sowie die kragenartigen Endstücke auf, welche mit den Polschuhen korrespondieren. Das Endstück ist dabei bezüglich der Tragzähne bzw. Tragarme axial abgewinkelt und erstreckt sich axial von der Stirnseite des Blechpakets weg. Die Endstücke verlängern also in axialer Richtung eine durch die Polschuhe gebildete Außenseite des Blechpakets. Außerdem ist eine Breite der

Endstücke in Umfangsrichtung größer als eine Breite der Tragzähne. Die Endstücke bilden somit eine axial geschlitzte, zylinderförmige Außenkontur der Sternscheibe. Die Wickelköpfe sind dabei in radialer Richtung zwischen dem Ringträger und den

Endstücken angeordnet, wobei die Endstücke verhindern, dass die Wickelköpfe bei einer Drehung des Rotors aufgrund der auf die Wickelköpfe wirkenden Fliehkraft von den Tragzähnen rutschen. Vorzugsweise ist die Sternscheibe zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet. Dabei ist insbesondere eine mit den Wicklungsdrähten in Kontakt stehende Oberfläche der Sternscheibe aus dem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet. Ein Grundkörper der Sternscheibe kann beispielsweise aus einem Metall, z.B. Aluminium oder Stahl, gegossen oder geschmiedet sein, welcher mit einem isolierenden Kunststoff beschichtet, beispielsweise umspritzt, ist.

Um zu verhindern, dass eine durch die Wickelköpfe auf die Endstücke wirkende

Belastung die Sternscheibe zerstört, kann der Stützring an der Sternscheibe angeordnet werden und die Sternscheibe felgenartig bzw. mantelartig umgeben. Der Stützring, welcher konzentrisch zur Sternscheibe angeordnet ist, sorgt also für eine zusätzliche Stabilität und Fixierung. Der Stützring ist insbesondere aus einem metallischen Werkstoff gebildet, beispielsweise gegossen oder geschmiedet. Um zu verhindern, dass sich der Stützring bei hohen Drehzahlen des Rotors in axialer Richtung wieder von der

Sternscheibe löst, muss er axial fixiert werden. Dazu weisen der Stützring und die Sternscheibe die zueinander komplementären Bajonettverschlussbereiche auf.

Insbesondere weist die Sternscheibe für jedes Endstück einen Bajonettverschlussbereich auf, sodass die Bajonettverschlussbereiche des Stützrings in Umfangsrichtung über den Stützring verteilt angeordnet sind.

Insbesondere sind die jeweiligen Bajonettverschlussbereiche einstückig mit der

Sternscheibe bzw. dem Stützring ausgebildet oder fest und zerstörungsfrei unlösbar an der Sternscheibe bzw. dem Stützring angeordnet. Es sind also keine zu dem Stützring und der Sternscheibe separaten Verbindungselemente zum Bereitstellen der

formschlüssigen Verbindung notwendig. Die Bajonettverschlussbereiche stellen also eine Direktverbindung zwischen der Sternscheibe und dem Stützring bereit. Dazu sind die Bajonettverschlussbereiche durch die Steck-Dreh-Bewegung miteinander verbindbar. Dies bedeutet, dass die Sternscheibe und der Stützring zunächst axial

zusammengesteckt und dann entlang der Umfangsrichtung zueinander verdreht werden. Nach Durchführung der Steck-Dreh-Bewegung sind die Sternscheibe und der Stützring formschlüssig verbunden, wodurch der Stützring axial an der Sternscheibe fixiert ist.

Ein durch die Steck-Dreh-Bewegung hergestellter Bajonettverschluss zwischen dem Stützring und der Sternscheibe ist besonders stabil und kann besonders einfach und ohne großen zusätzlichen Materialaufwand bereitgestellt werden. Durch eine solche Stützeinrichtung kann ein bei hohen Drehzahlen stabiler Rotor bereitgestellt werden.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Bajonettverschlussbereiche zusätzlich dazu ausgelegt sind, die Sternscheibe und den Stützring im zusammengesteckten Zustand kraftschlüssig zu verbinden. Beispielsweise können die Bajonettverschlussbereiche derart geformt sein, dass sie nach Durchführen der Steck-Dreh-Bewegung durch eine in radiale Richtung wirkende Normalkraft bereichsweise aneinander gepresst sind und somit kraftschlüssig verbunden sind. Durch die formschlüssige und kraftschlüssige Verbindung der Sternscheibe und des Stützrings ergibt sich der Vorteil, dass eine Stabilität des Rotors weiter erhöht werden kann.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bajonettverschlussbereiche der Endstücke jeweils zumindest eine an einer Außenseite des jeweiligen Endstücks angeordnete Längsnut und zumindest eine an die Längsnut angrenzende Quernut aufweisen, und die

Bajonettverschlussbereiche des Stützrings für jedes Endstück zumindest eine an einer Innenseite des Stützrings angeordnete Verrastungsnase aufweisen, welche bei der Steckbewegung in axialer Richtung entlang der Längsnut schiebbar ist und bei der Drehbewegung in Umfangsrichtung entlang der Quernut schiebbar ist. Insbesondere weisen die Bajonettverschlussbereiche pro Endstück jeweils drei parallel verlaufende Längsnuten und eine die Längsnuten verbindende Quernut auf, und die

Bajonettschlusselemente des Stützrings weisen für jedes Endstück jeweils drei

Verrastungsnasen auf.

Die Endstücke können dabei einstückig ausgebildet sein, wobei die Längs- und

Quernuten als Strukturierungen der Außenseiten der Endstücke ausgebildet sind. Die Endstücke können aber auch mehrteilig ausgebildet sein und jeweils einen ersten Teil, welcher den Wickelköpfen zugewandt ist, und einen zweiten Teil aufweisen, welcher dem Stützring zugewandt ist und welcher den Bajonettverschlussbereich des jeweiligen Endstücks bildet. Der erste Teil kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein und somit gegenüber den Wickelköpfen elektrisch isoliert sein. Der zweite Teil kann aus Metall gebildet sein und somit eine besonders stabile Verbindung mit dem metallischen Stützring ausbilden. Der erste und der zweite Teil sind zerstörungsfrei unlösbar miteinander verbunden.

Die Längsnut und die daran angrenzende Quernut bilden eine Führungsschiene, in welcher die Verrastungsnase des Stützrings geführt werden kann. Die Verrastungsnasen sind Vorsprünge in der Innenseite des Stützrings und können beispielsweise durch Strukturieren der Innenseite des insbesondere metallischen Stützrings hergestellt sein.

Die Verrastungsnasen, welche in Umfangsrichtung verteilt über die Innenseite

angeordnet sind, werden entlang einer axialen Steckrichtung in die Längsnuten eingeführt und entlang einer Drehrichtung in die Quernuten geschoben. Die Quernuten verhindern, dass sich die darin angeordneten Verrastungsnasen und damit der gesamte Stützring axial entgegen der Steckrichtung bewegen können.

Besonders bevorzugt weisen die Bajonettverschlussbereiche des Stützrings axial an die Verrastungsnasen angrenzende, abgeflachte Erhebungen auf, welche erste Passflächen ausbilden. Die Bajonettverschlussbereiche der Endstücke weisen in Umfangsrichtung an die Längsnuten angrenzende, abgeflachte Bereiche auf, welche zweite Passflächen ausbilden. Die ersten und die zweiten Passflächen sind nach Durchführung der

Drehbewegung zum Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung aneinander gepresst. Die Längsnuten und die Erhebungen können abgeschrägte, Gleitflächen bildende

Seitenwände aufweisen, sodass die Erhebungen bei der Drehbewegung aus den

Längsnuten heraus auf die Bereiche gleiten und dort angepresst werden können. Die Erhebungen und die Bereiche können beispielsweise trapezförmige Querschnitte aufweisen. Beispielsweise kann der metallische Stützring vor dem Befestigen an der Sternscheibe erwärmt werden, wodurch er sich ausdehnt und sich die Steck-Dreh- Bewegung leichter durchführen lässt. Sobald sich der Stützring im formschlüssig befestigten Zustand an der Sternscheibe befindet, kann er abkühlen, wodurch die

Passflächen in radialer Richtung gegeneinander gepresst werden und die kraftschlüssige Verbindung ausgebildet wird. Durch die Passflächen kann in vorteilhafter weise zusätzlich eine Zentrierung des Stützrings erreicht werden.

Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Endstücke einen Anschlag aufweist, bis zu welchem der Stützring drehbar ist. Durch den Anschlag kann eine

bestimmungsgemäße Lage des Stützrings bezüglich der Sternscheibe angezeigt und gehalten werden, in welcher durch die Bajonettverschlussbereiche die formschlüssige Verbindung des Stützrings und der Sternscheibe bereitgestellt wird. Der Anschlag beendet also die Drehbewegung, sobald die Sternscheibe und der Stützring ihre bestimmungsgemäße Lage zueinander eingenommen haben. Beispielsweise kann eine der Verrastungsnasen oder der Erhebungen des Stützrings an den Anschlag anstoßen und die Drehbewegung beenden.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Stützring einen zylinderförmigen, die Sternscheibe umgebenden Mantelbereich, welcher die Bajonettverschlussbereiche des Stützrings aufweist, und einen von dem Mantelbereich radial nach innen abstehenden ringförmigen Deckelbereich, welcher mit einer Oberseite der Sternscheibe zumindest bereichsweise überlappt, auf. Der Deckelbereich überdeckt insbesondere zumindest die Wickelköpfe an der Oberseite der Sternscheibe. Insbesondere ist eine Innenkontur des ringförmigen Deckelbereichs als eine Passfläche zum Anpressen an eine durch das Blechpaket axial hindurchgeführte Rotorwelle ausgebildet. Der ringförmige Deckelbereich kann also über die Oberseite der Sternscheibe bis an einen Innenrand des Rohrträgers ragen und somit an die Rotorwelle angepresst werden. Durch das Anordnen des

Stützrings an der Rotorwelle kann der Stützring außerdem zentriert werden.

Die Erfindung betrifft außerdem eine fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine für ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Stator, welcher ein Blechpaket mit Statorwicklungen aufweist, und einen erfindungsgemäßen Rotor, welcher in einem Hohlraum des

Blechpakets des Stators drehbar gelagert ist.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein

Personenkraftwagen in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine als Traktionsmaschine bzw.

Antriebsmaschine auf.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Stützeinrichtung vorgestellten

Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Rotor, für die erfindungsgemäße Innenläufer-Synchronmaschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter

Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Rotors einer

Innenläufer-Synchronmaschine,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer

erfindungsgemäßen Stützeinrichtung für einen Rotor mit einer

Sternscheibe und einem Stützring;

Fig. 3 der Stützring gemäß Fig. 2 aus einer anderen Perspektive;

Fig. 4 ein erster Montageschritt zum Montieren der Stützeinrichtung an einem

Blechpaket des Rotors;

Fig. 5 ein zweiter Montageschritt zum Montieren der Stützeinrichtung an dem

Blechpaket des Rotors;

Fig. 6 ein Querschnitt durch die Stützeinrichtung während des Montageschritts gemäß Fig. 5;

Fig. 7 ein dritter Montageschritt zum Montieren der Stützeinrichtung an dem

Blechpaket des Rotors; und

Fig. 8 ein Querschnitt durch die Stützeinrichtung nach der Montage gemäß

Fig. 7.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen versehen Fig. 1 zeigt einen Rotor 1 für eine hier nicht gezeigte Innenläufer-Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs in einer Explosionsdarstellung. Der Rotor 1 weist ein Blechpaket 2 in Form von einem einstückigen Eisenkern auf. Das Blechpaket 2 weist ein ringförmiges Rotorjoch 3 auf, in welchem eine sich in axialer Richtung entlang einer Längsachse L bzw. Drehachse des Rotors 1 erstreckende Rotorwelle 4 anordenbar ist. An dem Rotorjoch 3 sind entlang einer Umfangsrichtung U eine Vielzahl von

Rotorzähnen 5 angeordnet, welche sich in radialer Richtung R nach außen erstrecken. Dabei wird zwischen zwei benachbarten Rotorzähnen 5 jeweils eine Rotornut 6 ausgebildet. Um die Rotorzähne 5 können Rotorwicklungen 7 gewickelt werden, welche an axial einander gegenüberliegenden Stirnseiten 8 des Blechpakets 2 Wickelköpfe 9 ausbilden. Außerdem weist das Blechpaket 2 Polschuhe 10 auf, welche an Enden der Rotorzähne 5 angeordnet sind und verhindern, dass die zwischen dem Rotorjoch 3 und den Polschuhen 10 angeordneten Wickelköpfe 9 bei einer Drehung des Rotors 1 von den Rotorzähnen 5 rutschen. In den Rotornuten 6 sind außerdem Deckschieber 1 1 angeordnet, welche die Rotornuten 6 verschließen und verhindern, dass die

Rotorwicklungen 7 aufgrund ihrer geringen Steifigkeit aus den Rotornuten 6 gedrückt werden.

Außerdem weist der Rotor 1 zwei Stützeinrichtungen 12 gemäß dem Stand der Technik auf, welche jeweils eine Sternscheibe 13 gemäß dem Stand der Technik und einen Stützring 14 gemäß dem Stand der Technik umfassen. Die Sternscheibe 13 wird zwischen der Stirnseite 8 des Blechpakets 2 und den Wickelköpfen 9 angeordnet und sorgt unter anderem für eine Umlenkung der Wickeldrähte der Rotorwicklungen 7 an der Stirnseite 8. Um die Sternscheibe 13 herum wird der Stützring 14 angeordnet, welcher für eine zusätzliche Stabilität und Fixierung der Sternscheibe 13 sorgt. Bei einer derart gestalteten Stützeinrichtung 12 kann es Vorkommen, dass sich der Stützring 14 während der Drehung des Rotors 1 von der Sternscheibe 13 löst und eine Betriebssicherheit der elektrischen Maschine nicht mehr gewährleistet werden kann.

Daher wird die Stützeinrichtung 12 des Rotors 1 durch eine erfindungsgemäße

Stützeinrichtung 15 ersetzt, wie sie beispielhaft in Fig. 2 gezeigt ist. Die Stützeinrichtung 15 weist eine erfindungsgemäße Sternscheibe 16 sowie einen erfindungsgemäßen Stützring 17 auf. Eine Ansicht des Stützrings 17 aus einen anderen Perspektive ist in Fig. 3 gezeigt. Die Sternscheibe 16 weist einen Ringträger 18 auf, welcher anliegend an dem Rotorjoch 3 des Blechpakets 2 des Rotors 1 (ohne die Stützeinrichtung 12) angeordnet werden kann. Die Rotorwelle 4 kann dabei durch den Ringträger 18 hindurchgeführt werden. Eine Innenseite 19 des Ringträgers 18 kann eine Passfläche ausbilden, durch welche die Sternscheibe 16 und die Rotorwelle 4 mittels Presspassung verbunden werden können. Auch kann ein hier nicht gezeigter, zusätzlicher Spannring zwischen der Rotorwelle 4 und der Innenseite 19 des Ringträgers 18 angeordnet sein. In diesem Fall liegt im angeordneten Zustand der Sternscheibe 16 an der Stirnseite 8 des Blechpakets 2 eine Spielpassung zwischen der Sternscheibe 18 und der Rotorwelle 4 und eine

Presspassung zwischen dem Spannring und der Rotorwelle 4 vor.

Radial von dem Ringträger 18 stehen Tragzähne 20 ab, welche an der Stirnseite 8 des Blechpakets 2 überlappend mit den Rotorzähnen 5 angeordnet werden können. Über die Tragzähne 20 werden die Rotorwicklungen 7 von einer Rotornut 6 in eine benachbarte Rotornut 6 geführt, sodass die Tragzähne 20 in axialer Richtung zwischen den

Rotorzähnen 5 und den Wickelköpfen 9 angeordnet sind. Außerdem weist die

Sternscheibe 16 axial abstehende, kragenartige Endstücke 21 auf, welche die auf die Wickelköpfe 9 wirkenden Fliehkräfte aufnehmen können. Die Endstücke 21 sind hier als teilweise gewölbte, plattenartige Elemente ausgebildet. Der Stützring 17 ist aus Metall gebildet und weist einen ringförmigen Mantelbereich 22, sowie einen radial nach innen ragenden, ringförmigen Deckelbereich 23 auf. Eine Innenkontur 24 des Deckelbereichs 23 bildet eine Passfläche aus, welche an die Rotorwelle 4 zum Verbinden des Stützrings 17 mit der Rotorwelle 4 angepresst werden kann.

Die Sternscheibe 16 und der Stützring 17 können über eine Steck-Dreh-Bewegung formschlüssig verbunden werden. Dazu weisen die Sternscheibe 16 und der Stützring 17 zueinander komplementäre Bajonettverschlussbereiche 25, 26 auf. Die

Bajonettverschlussbereiche 25 der Sternscheibe 16 befinden sich an einer Außenseite 27 der Endstücke 20 und die Bajonettverschlussbereiche 25 des Stützrings 17 befinden sich an einer Innenseite 28 des Stützrings 17 im Mantelbereich 22. Die Außenseite 27 und die Innenseite 28 sind im zusammengesetzten Zustand der Stützeinrichtung 15 radial angrenzend aneinander angeordnet.

Hier ist die Sternscheibe 16 bereichsweise aus Kunststoff gebildet, wobei die

Bajonettverschlussbereiche 25 der Endstücke 21 aus Metall gebildet sind. Es kann aber auch sein, dass die gesamte Sternscheibe 16, auch in den Bajonettverschlussbereichen 25, aus Kunststoff gebildet ist. Der Bajonettverschlussbereich 25 eines Endstücks 21 weist hier drei axial erstreckende, parallel verlaufende Längsnuten 29 sowie eine sich in Umfangsrichtung U erstreckende, an die Längsnuten 29 angrenzende Quernut 30 auf.

Die Bajonettverschlussbereiche 26 des Stützrings 17 weisen hier für jedes Endstück 21 drei Verrastungsnasen 31 (siehe Fig. 3) auf, welche von der Innenseite 28 des Mantelbereichs 22 radial nach innen abstehen. In axialer Richtung an die

Verrastungsnasen 31 angrenzend weist der Stützring 17 abgeflachte Erhebungen 32 auf, welche erste Passflächen ausbilden. Der Stützring 16 weist abgeflachte Bereiche 33 auf, welche in Umfangrichtung U an die Längsnuten 29 angrenzen und ebenfalls Passflächen ausbilden.

Fig. 4 zeigt einen ersten Montageschritt zum Montieren des Stützrings 17 an der

Sternscheibe 16, welche bereits zwischen der Stirnseite 8 und den Wickelköpfen 9 des Rotors 1 angeordnet ist. Zunächst wird dabei der Stützring 17 entlang der

Umfangsrichtung U so lange gedreht, bis die Verrastungsnasen 31 fluchtend zu den bzw. in einer Linie mit den Längsnuten 29 der Endstücke 21 der Sternscheibe 16 angeordnet sind. In einem in Fig. 5 dargestellten zweiten Montageschritt wird der Stützring 17 in einer axialen Steckrichtung S in Richtung der Stirnseite 8 geschoben. Dabei werden die Verrastungsnasen 31 in den Längsnuten 19 entlang geschoben. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch die Stützeinrichtung 15 im Bereich der Bajonettverschlussbereiche 25, 26. Der Stützring 17 wird hier vollständig auf die Sternscheibe 16 bis zu der Stirnseite 8 geschoben. In diesem Zustand haben die Verrastungsnasen 31 die Längsnuten 29 vollständig durchlaufen. In einem dritten Montageschritt, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, wird der Stützring 17 in Umfangsrichtung U gedreht, wobei sich während der Drehbewegung die Verrastungsnasen 31 in der Quernut 30 verschieben.

Zum Beenden der Drehbewegung weist das Endstück, wie in dem Querschnitt in Fig. 8 gezeigt, einen Anschlag 34 auf, gegen welchen die Verrastungsnase 31 stößt. Sobald die Verrastungsnase 31 gegen den Anschlag 34 gestoßen ist, sind die Sternscheibe 16 und der Stützring 17 aufgrund des durch die Bajonettverschlussbereiche 25, 26 gebildeten Bajonettverschlusses formschlüssig verbunden. Der Stützring 17 kann also aufgrund der in den Quernuten 30 angeordneten Verrastungsnasen 31 nicht mehr entgegen der Steckrichtung S von der Sternscheibe 16 entfernt werden. Zusätzlich werden in diesem Zustand die abgeflachten Erhebungen 32 des Stützrings 17 und die abgeflachten Bereiche 33 der Sternscheibe 16 entlang der radialen Richtung R gegeneinander gepresst und verbinden den Stützring 17 und die Sternscheibe 16 zusätzlich auch kraftschlüssig. Bezugszeichenliste

Rotor

Blechpaket

Rotorjoch

Rotorwelle

Rotorzahn

Rotornut

Rotorwicklung

Stirnseite

Wickelkopf

Polschuhe

Deckschieber

Stützeinrichtung

Sternscheibe

Stützring

Stützeinrichtung

Sternscheibe

Stützring

Ringträger

Innenseite des Ringträgers

Tragzahn

Endstück

Mantelbereich

Deckelbereich

Innenkontur

Bajonettverschlussbereiche der Sternscheibe

Bajonettverschlussbereiche des Stützrings

Außenseite der Endstücke

Innenseite des Stützrings

Längsnut

Quernut

Verrastungsnase

Erhebungen

Bereiche 34 Anschlag

L Längsachse

R radiale Richtung

U Umfangsrichtung

S Steckrichtung

Claims

Patentansprüche

1. Stützeinrichtung (15) für einen Rotor (1 ) einer fremderregten Innenläufer- Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs mit einer

Sternscheibe (16), welche an einem Blechpaket (2) des Rotors (1 ) zwischen einer Stirnseite (8) des Blechpakets (2) und an der Stirnseite (8) überstehenden

Wickelköpfen (9) von Rotorwicklungen (7) des Rotors (1 ) anordenbar ist, und einem Stützring (17) zum Ummanteln der Sternscheibe (16), wobei die Sternscheibe (16)

- einen Ringträger (18) zum Anordnen an einem Rotorjoch (3) des Blechpakets (2),

- von dem Ringträger (18) radial abstehende Tragzähne (20) zum Anordnen an radial von dem Rotorjoch (3) abstehenden, die Rotorwicklungen (7) tragenden Rotorzähnen (5), und

- kragenartige, von Enden der Tragzähne (20) axial abstehende Endstücke (21 ) zum Anordnen an von den Rotorzähnen (5) abstehenden Polschuhen (10) und zum Aufnehmen von Fliehkräften der Wickelköpfe (9) aufweist, und wobei

die Endstücke (21 ) und der Stützring (17) zueinander komplementäre, durch eine Steck-Dreh-Bewegung miteinander verriegelbare Bajonettverschlussbereiche (25, 26) aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, die Sternscheibe (16) und den Stützring (17) formschlüssig zu verbinden.

2. Stützeinrichtung (15) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Bajonettverschlussbereiche (25, 26) zusätzlich dazu ausgelegt sind, die

Sternscheibe (16) und den Stützring (17) im zusammengesteckten Zustand kraftschlüssig zu verbinden.

3. Stützeinrichtung (15) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Bajonettverschlussbereiche (25) der Endstücke (21 ) jeweils zumindest eine an einer Außenseite (27) des jeweiligen Endstücks (21 ) angeordnete Längsnut (29) und zumindest eine an die Längsnut (29) angrenzende Quernut (30) aufweisen, und die Bajonettverschlussbereiche (26) des Stützrings (17) für jedes Endstück (21 ) zumindest eine an einer Innenseite (28) des Stützrings (17) angeordnete

Verrastungsnase (31 ) aufweisen, welche bei der Steckbewegung in axialer Richtung entlang der Längsnut (29) schiebbar ist und bei der Drehbewegung in

Umfangsrichtung (U) entlang der Quernut (30) schiebbar ist.

4. Stützeinrichtung (15) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Bajonettverschlussbereiche (25) der Endstücke (21 ) jeweils drei parallel verlaufende Längsnuten (29) und eine die Längsnuten (29) verbindende Quernut (30) aufweisen, und die Bajonettverschlussbereiche (26) des Stützrings (17) für jedes Endstück (21 ) drei Verrastungsnasen (31 ) aufweisen.

5. Stützeinrichtung (15) nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Bajonettverschlussbereiche (26) des Stützrings (17) axial an die

Verrastungsnasen (31 ) angrenzende, abgeflachte Erhebungen (32) aufweisen, welche erste Passflächen ausbilden, und die Bajonettverschlussbereiche (25) der Endstücke (21 ) in Umfangsrichtung (U) an die Längsnuten (29) angrenzende, abgeflachte Bereiche (33) aufweisen, welche zweite Passflächen ausbilden, wobei die ersten und die zweiten Passflächen nach Durchführung der Drehbewegung zum Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Stützring (17) und der Sternscheibe (16) aneinander gepresst sind.

6. Stützeinrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest eines der Endstücke (21 ) einen Anschlag (34) aufweist, bis zu welchem der Stützring (17) drehbar ist.

7. Stützeinrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Stützring (17) einen zylinderförmigen, die Sternscheibe (16) umgebenden, axial erstreckenden Mantelbereich (22), welcher die Bajonettverschlussbereiche (25) aufweist, und einen von dem Mantelbereich (22) radial nach innen abstehenden ringförmigen Deckelbereich (23), welcher mit einer der Stirnseite (8) des Blechpakets (2) abgewandten Oberseite der Sternscheibe (16) zumindest bereichsweise überlappt, aufweist.

8. Stützeinrichtung (15) nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Innenkontur des ringförmigen Deckelbereichs (23) als eine Passfläche zum Anpressen an eine durch das Blechpaket (2) axial hindurchgeführte Rotorwelle (4) ausgebildet ist.

9. Stützeinrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Stützring (17) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist

10. Stützeinrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Sternscheibe (17) zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet ist.

11. Stützeinrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Bajonettverschlussbereiche (25) der Sternscheibe (16) aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind.

12. Rotor (1 ) für eine fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine eines elektrisch

antreibbaren Kraftfahrzeugs mit

- einem Blechpaket (2) aufweisend ein ringförmiges Rotorjoch (3), radial von dem Rotorjoch (3) abstehende Rotorzähne (5) und an den Rotorzähnen (5) abstehende Polschuhe (10),

- Rotorwicklungen (6), welche um die Rotorzähne (5) gewickelt sind und an axial gegenüberliegenden Stirnseiten (8) des Blechpakets (2) Wickelköpfe (9) ausbilden, -zumindest einer Stützeinrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sternscheibe (16) zwischen einer Stirnseite (8) und den Wickelköpfen (9) angeordnet ist, und der Stützring (17) die Sternscheibe (16) radial umgibt und mit der Sternscheibe (16) formschlüssig verbunden ist.

13. Fremderregte Innenläufer-Synchronmaschine für ein Kraftfahrzeug aufweisend einen Stator, welcher ein Blechpaket mit Statorwicklungen aufweist, und einen Rotor (1 ) nach Anspruch 12, welcher in einem Hohlraum des Blechpakets des Stators drehbar gelagert ist.

14. Kraftfahrzeug mit einer fremderregten Innenläufer-Synchronmaschine nach Anspruch 13.