WO2020126172A1 - Verfahren zur herstellung eines stators, insbesondere für eine elektrische antriebsmaschine - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines stators, insbesondere für eine elektrische antriebsmaschine Download PDF

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WO2020126172A1
WO2020126172A1 PCT/EP2019/079203 EP2019079203W WO2020126172A1 WO 2020126172 A1 WO2020126172 A1 WO 2020126172A1 EP 2019079203 W EP2019079203 W EP 2019079203W WO 2020126172 A1 WO2020126172 A1 WO 2020126172A1
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stator
blank
compressor
injection molding
fixed device
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PCT/EP2019/079203
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French (fr)
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Michael Baeuerle
Thomas Fruehschuetz
Dalton De Paula CAVALCANTI
Ralph Glemser
Maximilian AURACHER
Joerg Mayer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Turbochargers especially exhaust gas turbochargers, are used in particular in the
  • Exhaust gas turbochargers are often used for this purpose, which are driven by the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • Exhaust gas turbocharger provided with an electric drive machine to drive the shaft of the exhaust gas turbocharger on which a compressor wheel and a turbine wheel are arranged in a rotationally fixed manner. In this way, for example, the otherwise delayed build-up of boost pressure can be significantly accelerated.
  • Such an electric drive machine usually has a stator which has at least one multi-phase drive winding for generating a
  • the rotor has drive magnetic field, and a rotor.
  • the rotor has a permanent magnet and is arranged in a rotationally fixed manner on the shaft of the exhaust gas turbocharger.
  • the realization of the electromotive support by an electric drive machine has the advantage that the motor support can be integrated into the turbocharger in a particularly space-saving manner.
  • Power electronics generate the rotating drive magnetic field, through which the rotor rotatably supported by the shaft is driven with a predeterminable torque.
  • the permanent magnet interacts with the rotating magnetic field.
  • Media gap motor has electrically supportable or drivable compressor.
  • the media gap motor has one with a bearing shaft
  • Compressor impeller of the compressor operatively connected rotor and a stator encompassing the rotor in the circumferential direction with respect to an axis of rotation of the bearing shaft at least in regions. It is provided that a
  • Power electronics for controlling at least one electrical winding of the stator encompasses the axis of rotation in the circumferential direction at least in regions.
  • a cooling jacket provided in contact with the stator (10) and / or the power electronics is provided for cooling the stator and / or the power electronics.
  • a method for producing a stator, an electric drive machine and a compressor and / or a turbine are therefore proposed which at least largely avoid the disadvantages of known methods and devices.
  • the stator should be manufactured inexpensively and assembly of the stator in a compressor should be simplified.
  • a method for producing a stator in particular for an electric drive machine, is proposed.
  • the method according to the invention can include the method steps which are described below.
  • the process steps can preferably be carried out in the specified order.
  • One or even several process steps can be carried out simultaneously or overlapping in time.
  • one, several or all of the process steps can be carried out simply or repeatedly.
  • the method can also include further method steps
  • the process includes the following steps:
  • the stator blank has a plurality of stator teeth arranged radially with respect to an axis of the stator;
  • stator-fixed device comprises a cover cap arranged coaxially to an axis of the stator for a rotor.
  • the method comprises at least one injection molding method.
  • the stator-fixed device is molded and connected to the stator blank.
  • an “electric drive machine” is to be understood as any device which is set up to generate or generate a movement, in particular a rotational movement, of another object by applying an electrical current.
  • the electric drive machine can be set up to convert electrical energy into kinetic energy.
  • the electric drive machine can be designed entirely or partially as an electric motor.
  • the electric drive machine can be used, for example, to drive a compressor and / or a turbine, in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine.
  • the electric drive machine can have at least one rotor and at least one stator, which are described in more detail below.
  • the electric drive machine can be set up for a compressor and / or a turbine, in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine.
  • a “turbocharger” basically means any assembly of an internal combustion engine understand which is suitable for an increase in performance and / or efficiency.
  • part of an energy of an engine exhaust gas can be used to increase a pressure in an intake system and thereby more
  • a “turbine”, in particular an exhaust gas turbine, is basically any rotating one
  • Fluid machine to understand which is set up to convert a drop in an internal energy of a flowing fluid into a mechanical power, which it emits via its shaft.
  • Part of an internal energy, in particular comprising kinetic energy, can be imparted to a fluid flow by a laminar flow around turbine blades which is as vortex-free as possible.
  • Turbine blades can pass over.
  • the turbine shaft can then be rotated via the part of the internal energy and a usable power can be delivered to a coupled working machine, such as to a generator.
  • the exhaust gas turbine can be configured to be driven by exhaust gases from an internal combustion engine.
  • a shaft power of the exhaust gas turbine can be used in particular for driving a compressor for charging an engine.
  • the compressor can in particular be set up to increase a pressure and a density of the gas.
  • the compressor can therefore also be called a compressor.
  • the compressor can in particular be a radial compressor.
  • Radial compressors can be used to add energy to a flowing fluid by a rotating rotor according to the laws of fluid mechanics.
  • the radial compressor can be designed such that the gas flows essentially axially into an impeller and then radially, i.e. is distracted to the outside.
  • a “stator” is a “stator”
  • the stator can in particular be used as a fixed, movable part can be formed.
  • the stator can be set up to direct a stream of fluid exiting at an angle to a longitudinal axis of the machine after leaving an impeller.
  • the stator has the plurality of stator teeth arranged radially with respect to the axis of the stator as well as the stator yoke, which in the
  • stator yoke basically designates an annular, in particular an annular element of any stator.
  • the stator yoke can have a plurality of segments which can be connected to one another in a form-fitting and / or material-fitting manner.
  • stator tooth basically denotes any elongated element of a stator.
  • the stator blank or the stator comprises a plurality
  • the stator teeth can protrude radially inward from the stator yoke and, viewed in the circumferential direction, can be spaced apart from one another in an evenly distributed manner.
  • the stator teeth can each have at least one coil.
  • the term “coil” basically refers to any element that is set up to generate a magnetic field.
  • the coil can have at least one winding of an electrically conductive material, which is provided as a wire, on a coil former and a magnetic core, in particular one
  • one of the coils can be arranged radially on each stator tooth.
  • the coils can each be attached to the stator teeth by means of a coil holder.
  • the coils can form a multi-phase drive winding. In particular, by energizing the phases of the
  • a rotating drive magnetic field can be generated, through which the rotor can be driven with a predeterminable torque.
  • the stator blank has the plurality of stator teeth arranged radially with respect to an axis of the stator.
  • radial basically designates an arrangement of any element in which the element runs from a center point in a radial, in particular straight line.
  • stator blank is provided in step a).
  • blade basically refers to any object that is intended for further processing.
  • the blank can therefore have one or more components. The components can be used during the
  • stator blank comprises the majority of the stator teeth.
  • stator blank further comprises the stator-fixed device, so that the stator is formed.
  • Blank stator after performing step b), as will be explained in more detail below, comprise further components.
  • Components of the stator blank, in particular the stator teeth, can be made from at least one metallic material.
  • the metallic material can comprise iron, preferably soft iron.
  • Other materials are also conceivable in principle.
  • Stator blanks can be welded together.
  • an annular stator yoke of the stator blank can be formed.
  • the stator yoke can be connected to the stator blank such that the stator-fixed device is arranged coaxially to the stator yoke.
  • the annular stator yoke can be formed in that the ends of the stator teeth are extrusion-coated with a plastic material.
  • the stator teeth can each have at least one first section facing the axis of the stator and at least one the stator yoke
  • first section and “second section” are to be regarded as pure descriptions without one
  • first sections and / or second sections or exactly one type can be provided.
  • Additional sections for example one or more third sections, may also be present.
  • section basically designates a part or a component of any element.
  • the second section can be aligned with the first gate.
  • the first section and the second section can be formed in one piece.
  • the second section can have the coils for generating a drive magnetic field.
  • the first section can be designed as a holding strut.
  • support strut basically refers to any element that is set up to hold another element in a desired position.
  • the holding strut can be set up to space a first element and a second element from one another in a desired position.
  • the holding strut can therefore be connected to the second section in a material and / or form-fitting manner.
  • the holding strut can be designed as an elongated element. Other embodiments are also conceivable in principle.
  • the stator has at least one stator-fixed device.
  • the stator-fixed device can be set up to guide and / or to direct the fluid flowing through the electric drive machine.
  • the stator-fixed device can be set up to
  • the stator-fixed device can have an outer sleeve and the cover cap, which are described in more detail below.
  • cover cap basically designates any element that is set up to at least partially cover another element.
  • the cap can be set up a rotor of the electrical
  • the arrangement of the cover cap upstream of the rotor or in the direction of flow in front of the rotor means that the conveyed medium does not meet a flat wall of the rotor or the wall of the rotor which is perpendicular to the media flow, but is guided through the cover cap in a flow-optimized manner past the rotor.
  • the cover cap can be held on the stator teeth. Arranging the cover cap on the stator teeth ensures that the cover cap is arranged fixed to the housing, so that, in contrast to known solutions, the conveying medium is not in one
  • Rotational movement or in turbulence is set when it flows against the rotor. This further improves the flow behavior and
  • outer sleeve basically describes any elongated hollow body.
  • the outer sleeve can have a length and a diameter.
  • the length can be greater than the diameter, for example by at least a factor of 1.5, preferably by at least a factor of 2, particularly preferably by at least a factor of 3.
  • the diameter can in particular have a round shape. However, other configurations are also conceivable in principle.
  • the outer sleeve can be coaxial to the
  • Cover cap may be arranged.
  • the cover cap and the outer sleeve can be formed in one piece.
  • the at least one can continue
  • Outer sleeve of the stator-fixed device are formed.
  • the outer sleeve can be arranged coaxially to the cover cap.
  • the stator yoke can be connected to the stator blank in such a way that the stator-fixed device is arranged coaxially to the stator yoke.
  • the term “coaxial arrangement” basically designates an arrangement between any two elements, in which the elements have a common axis of rotation.
  • the tubular element can have a smaller diameter than the stator yoke.
  • the tubular element can therefore be arranged at least partially within the stator yoke.
  • a surface of the tubular element, which faces the stator yoke, can adjoin the coils.
  • the first section may have a first end and a second end. The first end can face the axis of the stator.
  • the second end can adjoin the second section or be connected to the second section.
  • the second end can have a distance from the axis of the stator which corresponds to a distance from the tubular element to the axis of the stator.
  • connecting basically refers to any process in which two or more components are joined together in a material, non-positive and / or positive manner. After the connection, the two or more components can be arranged rigidly to one another.
  • stator blank and the stator-fixed device be cohesively connected.
  • integrated connection basically designates any connection between a first element and a second element, in which at least one surface of the first element and at least one surface of the second element are held together by atomic and / or molecular forces.
  • the connection can be reversible or irreversible, but preferably irreversible.
  • the integral connection can be made in particular by injection molding.
  • shapes basically refers to any process in which a solid body is made from any formless material, in particular with a geometrically defined shape.
  • injection molding process basically refers to any one
  • a solid body is produced from any formless material, which in particular has a geometrically defined shape.
  • a material can be liquefied or
  • a cavity of the injection mold which can also be referred to as a cavity, can have a shape and / or a shape
  • Polyamide 6 (PA6), especially polyamide 66 (PA66), in particular
  • Polypropylene especially polystyrene (PS), in particular
  • Polyether ether ketone in particular polybutylene terephthalate (PBT), in particular polyethyleneimine (PEI), in particular polyphenylene sulfide (PPS); an elastomer, in particular ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), in particular acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), in particular styrene-butadiene rubber (SBR), in particular styrene-butadiene-styrene (SBS), in particular silicone.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PEI polyethyleneimine
  • PPS polyphenylene sulfide
  • EPDM ethylene-propylene-diene rubber
  • NBR acrylonitrile-butadiene rubber
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • SBS styrene-butadiene-styrene
  • silicone silicone
  • At least one casing can be formed which at least partially surrounds the first section.
  • the term “Wrapping” basically means any element that is set up to completely or at least partially another object
  • the casing can have at least one surface which is adjacent to at least one surface of the object.
  • the surface of the casing can be integrally connected to the surface of the object.
  • the casing can form a receptacle.
  • a form of recording can be complementary to a form of the object.
  • the object can be at least partially recorded.
  • the casing and the outer sleeve and / or the cover cap can be formed in one piece.
  • the stator blank and the outer sleeve can be connected to one another by means of the sheathing of the first section.
  • At least one inner sleeve can also be formed during the injection molding process.
  • the inner sleeve can connect to the cover cap and can be set up to surround the rotor on the circumference.
  • Inner sleeve can have at least one recess. Furthermore, the inner sleeve can extend along an axis of the outer sleeve.
  • the rotor can be rotatably mounted in the inner sleeve so that the rotor can rotate about the axis of the stator.
  • the inner sleeve can be hollow and have a receptacle for the permanent magnet.
  • the permanent magnet can be designed to electrically drive the turbocharger by means of a magnetic field that is induced via the stator.
  • the inner sleeve can be arranged coaxially to the outer sleeve and the
  • Recess can be set up to accommodate at least one
  • the term “recess” basically designates any holder that is set up to hold at least one object, in particular in a desired position, and / or to separate the object from the surroundings of the object.
  • the recess can therefore have a cavity.
  • the cavity may have a shape that is complementary to the object.
  • the object can have dimensions which are preferably smaller than the dimensions of the receptacle.
  • the object can be arranged in the recess such that the object can move in the recess, for example by tilting.
  • the recess is preferably designed such that movement of the object within the receptacle is avoided or at least reduced.
  • the recess can be an axial recess.
  • the term “axial recess” basically means that the recess can extend along an axis.
  • the method can further comprise the following step:
  • Step c) can be carried out before or after carrying out step b).
  • an electric drive machine for a compressor and / or a turbine in particular for an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, is proposed.
  • the electric drive machine comprises at least one stator as has already been described or will be described in the following, at least one shaft rotatably mounted in the housing and at least one rotor which is arranged on the shaft in a rotationally fixed manner.
  • a “rotor” is a rotating component of an electric drive machine, such as, for example
  • the rotor expediently has at least one permanent magnet which interacts with the rotating magnetic field of the stator.
  • the rotor can be non-rotatably connected to the compressor and / or the turbine.
  • the electric drive machine can furthermore have at least one flange.
  • the stator can be connectable to an intake pipe of a compressor and / or a turbine by means of the flange.
  • the intake pipe can be set up to supply a fluid to the compressor and / or the turbine.
  • the intake pipe is set up to supply the fluid to the compressor and / or the turbine.
  • the intake pipe can be designed as a pipe.
  • the term "pipe" basically describes any elongated hollow body.
  • the hollow body can have a length and a diameter.
  • the length can be greater than that Diameter, for example by at least a factor of 2, preferably by at least a factor of 3, particularly preferably by at least a factor of 5.
  • the diameter can in particular have a round shape. However, other configurations are also conceivable in principle.
  • a compressor and / or a turbine in particular an exhaust gas turbocharger, comprising a housing, a shaft rotatably mounted in the housing, on which at least one compressor wheel or turbine wheel is arranged in a rotationally fixed manner, and an electric drive machine, such as it has already been described or will be described below.
  • the compressor and / or the turbine can further comprise the intake pipe which is fastened to the electric drive machine by means of the flange and which is set up to supply the fluid to the compressor and / or the turbine.
  • the method according to the invention for producing a stator, the electric drive machine and the proposed compressor and / or turbine have numerous advantages compared to devices and methods known from the prior art.
  • inexpensive manufacture of the stator can be realized and assembly of the stator in the compressor / turbine can be simplified.
  • stator blank and the stator-fixed device are usually manufactured separately, reworked and then assembled.
  • Media channel can be referred to as a part can be molded onto a welded stator blank provided with coils as part of the injection molding process.
  • an injection mold can be made much simpler, especially when compared to a plastic channel
  • Media control elements which are prepared as individual parts as semi-finished products.
  • An open / close tool can be used by eliminating the need for a slide for stator tooth openings.
  • shielding is not necessary since a seal can be implemented during the injection molding process.
  • a tolerance chain of the components of the stator can be reduced, since additional assembly and / or post-processing steps can in principle be omitted or can at least be reduced.
  • stator tooth can be at least partially encased.
  • the casing can thus be set up as corrosion protection for the stator tooth.
  • Exhaust gas recovery a corrosion protection of the soft iron may be essential. Together with the casing of the stator tooth, a uniform, flow-advantageous surface and profile shape can be realized around the stator tooth.
  • stator blank in particular the welded stator blank with the coils, can be placed in an injection molding machine and the stator-fixed device, in particular the media channel, in particular including the casing of the stator teeth, can be molded on using the open / close tool.
  • Figure 1 is a sectional view of an embodiment of a
  • Figures 2A to 2C an inventive method for producing a
  • Embodiments of the invention Figure 1 shows an embodiment of a compressor 110, in particular an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, with an electric
  • the compressor 110 comprises a housing 114 and a shaft 116 which is rotatably mounted in the housing 114.
  • a compressor wheel 118 for example a turbine wheel, is arranged on the shaft 116 in a rotationally fixed manner.
  • a rotor 120 of the drive machine 112 is also connected in a rotationally fixed manner to the shaft 116 and has at least one permanent magnet 122.
  • the Drive machine 112 also comprises a stator 124 and a plurality of stator teeth 130 arranged radially with respect to an axis 128 of the stator 124.
  • the stator 124 also has stator-fixed device 132 for guiding a fluid flowing through the electric drive machine 112, the stator-fixed device 132 having an outer sleeve 134, for example an outer sleeve 34 connected to the stator teeth 130, and an inner sleeve 136 arranged coaxially to the outer sleeve 134.
  • a direction of flow of the fluid flowing through an intake pipe 140 is shown in FIG. 1 by arrows 142, for example.
  • the electric drive machine 112 comprises at least one flange 138.
  • the flange 138 is set up to fasten the electric drive machine to an intake pipe 140.
  • FIGS. 2A to 2B show a method according to the invention for producing a stator 124.
  • the stator 124 corresponds at least largely to the stator 124 of the compressor 110 according to FIG. 1, so that reference can at least largely be made to the description of FIG. 1 above.
  • a stator blank 144 is provided.
  • the stator blank 144 may include a stator yoke 146.
  • the stator blank 144 comprises a plurality of stator teeth 130 arranged radially with respect to the axis 128 of the stator 124.
  • the stator teeth 130 can each form at least one coil 148 for generating a drive field.
  • the coils 148 can form a multi-phase drive winding 126.
  • the stator teeth 128 can protrude radially inward from the stator yoke 146 and, viewed in the circumferential direction, can be spaced apart from one another evenly distributed.
  • the stator teeth 130 can each have at least one first, facing the axis 128 of the stator 124 Section 150 and at least one, the stator yoke 146 facing second section 152.
  • the second section 152 can have the coil 148.
  • one of the coils 148 can be arranged radially on each stator tooth 130, for example.
  • the coils 148 can each be attached to the stator teeth 130 by means of a coil holder 154.
  • the first section 150 can be designed as a holding strut 156.
  • stator blank 144 is fixed to the stator
  • FIG. 2B shows the stator 134 in a sectional illustration.
  • the method comprises at least one injection molding method, the stator-fixed device 132 being shaped and connected to the stator blank 144 during the injection molding method, as shown in FIG. 2B.
  • a diameter of the stator-fixed device 132, in particular the outer sleeve 134, along the axis 128 of the stator 124 can vary.
  • the outer sleeve 134 can have a smaller diameter than the stator yoke 146.
  • the outer sleeve 134 can therefore be arranged at least partially within the stator yoke 146.
  • a surface 160 of the outer sleeve 134, which faces the stator yoke 146, can adjoin the coils 148.
  • the first section 150 may have a first end 162 and a second end 164.
  • the first end 162 can face the axis 128 of the stator 124.
  • the second end 164 can adjoin the second section 152 or be connected to the second section 152.
  • the second end 162 can have a distance from the axis 128 of the stator 124 which corresponds to a distance from the outer sleeve 134 to the axis 128 of the stator 128.
  • At least one sheath 166 can be formed which at least partially surrounds the first section 150.
  • the sheath 166 and the outer sleeve 134 can be formed in one piece.
  • the stator blank 144 and the outer sleeve 134 can be connected to one another by means of the sheath 166 of the first section 150.
  • the inner sleeve 136 can also be formed with at least one recess 168.
  • the inner sleeve 136 can be arranged in an interior of the outer sleeve 134.
  • the inner sleeve 136 can extend along an axis 170 of FIG.
  • the rotor 120 can be rotatably mounted so that the rotor 120 can rotate about the axis 128 of the stator 124.
  • the recess 168 can be designed to receive at least one permanent magnet 122.
  • the permanent magnet 122 can be designed to electrically drive the turbocharger and / or the compressor 110 by means of a magnetic field that is induced via the stator 124.
  • the first section 150 of a stator tooth 130 is in one
  • the first section 150 can be made of at least one metallic material, for example at least one soft iron.
  • the first section 150 may include the sheath 166.
  • the sheath 166 can be made from at least one thermoplastic material.
  • the sheath 166 can have a profile 174.
  • the sheath 166 can extend along an axis 176 which extends transversely to an extension direction of the first section 150.
  • the jacket may have a first end 178 and a second end 180.
  • the first end 178 and the second end 180 can each open on the axis 176.
  • the second end 180 can taper towards the axis 176.
  • the sheath 166 can have an oval basic shape.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators (124), insbesondere für eine elektrische Antriebsmaschine (122), vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bereitstellen mindestens eines Statorrohlings (144), wobei der Statorrohling (144) eine Mehrzahl von radial bezüglich einer Achse des Stators angeordneten Statorzähnen (130) aufweist; und b) Verbinden des Statorrohlings (144) mit mindestens einer statorfesten Einrichtung (132), wobei die statorfeste Einrichtung (132) eine koaxial zu einer Achse (128) des Stators (144) angeordnete Abdeckkappe (135) für einen Rotor (120) umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens ein Spritzgießverfahren umfasst, wobei während des Spritzgießverfahrens die statorfeste Einrichtung (132) geformt und mit dem Statorrohling (144) verbunden wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung eines Stators, insbesondere für eine elektrische Antriebsmaschine
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene elektrische Antriebsmaschinen und Turbolader bekannt. So offenbart beispielsweise die DE 10 2014 210 451 Al einen Turbolader mit einer integrierten elektrischen Antriebsmaschine.
Turbolader, insbesondere Abgasturbolader, werden insbesondere im
Kraftfahrzeugbau dazu genutzt, die Luftfüllung in Zylindern einer
Brennkraftmaschine zu erhöhen, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu steigern. Häufig werden dazu Abgasturbolader eingesetzt, die vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine angetrieben werden.
Darüber hinaus ist es bekannt, einen Turbolader elektromotorisch zu
unterstützen, so dass unabhängig von einem Abgasstrom der
Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft verdichtet und der
Brennkraftmaschine mit erhöhtem Ladedruck zugeführt werden kann. Auch eine Kombination beider Varianten ist bereits bekannt. Dabei wird ein
Abgasturbolader mit einer elektrischen Antriebsmaschine versehen, um die Welle des Abgasturboladers, auf welcher ein Verdichterrad sowie ein Turbinenrad drehfest angeordnet sind, anzutreiben. Hierdurch kann beispielsweise der ansonsten zeitlich verzögerte Ladedruckaufbau maßgeblich beschleunigt werden.
Eine derartige elektrische Antriebsmaschine weist üblicherweise einen Stator, der zumindest eine mehrphasige Antriebswicklung zur Erzeugung eines
Antriebsmagnetfelds aufweist, und einen Rotor auf. Der Rotor weist einen Permanentmagneten auf und wird drehfest auf der Welle des Abgasturboladers angeordnet. Die Realisierung der elektromotorischen Unterstützung durch eine elektrische Antriebsmaschine hat den Vorteil, dass die motorische Unterstützung besonders bauraumsparend in den Turbolader integrierbar ist. Durch Bestromen der Phasen der Antriebswicklung mittels einer dafür vorgesehenen
Leistungselektronik wird das drehende Antriebsmagnetfeld erzeugt, durch welches der durch die Welle drehbar gelagerte Rotor mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben wird. Der Permanentmagnet wirkt dabei mit dem drehenden Magnetfeld zusammen.
In DE 10 2015 203 596 Al wird ein Lader, insbesondere Abgasturbolader, für eine Antriebseinrichtung, vorgeschlagen, der einen mittels eines
Medienspaltmotors elektrisch unterstützbaren oder antreibbaren Verdichter aufweist. Der Medienspaltmotor weist einen mit einer Lagerwelle eines
Verdichterlaufrads des Verdichters wirkverbundenen Rotor sowie einen den Rotor in Umfangsrichtung bezüglich einer Drehachse der Lagerwelle wenigstens bereichsweise umgreifenden Stator auf. Dabei ist vorgesehen, dass eine
Leistungselektronik zur Ansteuerung wenigstens einer elektrischen Wicklung des Stators die Drehachse in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise umgreift. Zur Kühlung des Stators und/oder der Leistungselektronik ist ein in Berührkontakt mit dem Stator (10) und/oder der Leistungselektronik vorliegender Kühlmantel vorgesehen.
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Antriebsmaschinen bewirkten Vorteile beinhalten diese noch
Verbesserungspotenzial. So ist es eine Herausforderung, den Stator
kostengünstig herzustellen und eine Montage des Stators in einen Verdichter und/oder eine Turbine zu vereinfachen.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Verfahren zum Herstellen eines Stators, eine elektrische Antriebsmaschine und ein Verdichter und/oder eine Turbine vorgeschlagen, die die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll der Stator kostengünstig hergestellt werden und eine Montage des Stators in einen Verdichter soll vereinfacht werden.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stators, insbesondere für eine elektrische Antriebsmaschine, vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Verfahrensschritte, welche im Folgenden beschrieben werden, umfassen. Die Verfahrensschrite können vorzugsweise in der vorgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Hierbei können ein oder sogar mehrere Verfahrensschrite gleichzeitig oder zeitlich überlappend durchgeführt werden. Weiterhin können einer, mehrere oder alle der Verfahrensschrite einfach oder auch wiederholt durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus noch weitere Verfahrensschrite umfassen
Das Verfahren umfasst die folgenden Schrite:
a) Bereitstellen mindestens eines Statorrohlings, wobei der
Statorrohling eine Mehrzahl von radial bezüglich einer Achse des Stators angeordneten Statorzähnen aufweist; und
b) Verbinden des Statorrohlings mit mindestens einer statorfesten
Einrichtung, wobei die statorfeste Einrichtung eine koaxial zu einer Achse des Stators angeordnete Abdeckkappe für einen Rotor umfasst.
Das Verfahren umfasst mindestens ein Spritzgießverfahren. Während des Spritzgießverfahrens wird die statorfeste Einrichtung geformt und mit dem Statorrohling verbunden.
Unter einer„elektrischen Antriebsmaschine“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, durch ein Anlegen eines elektrischen Stroms eine Bewegung, insbesondere eine Rotationsbewegung, eines anderen Objekts zu erzeugen oder zu generieren. Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine eingerichtet sein, elektrische Energie in Bewegungsenergie umzuwandeln. Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine ganz oder teilweise als Elektromotor ausgestaltet sein. Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine beispielsweise verwendet werden, um einen Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, anzutreiben. Die elektrische Antriebsmaschine kann hierfür mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator aufweisen, welche im Nachfolgenden näher beschrieben werden.
Die elektrische Antriebsmaschine kann für einen Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine eingerichtet sein. Unter einem„Turbolader“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Baugruppe eines Verbrennungsmotors zu verstehen, welche für eine Leistungs- und/oder Effizienzsteigerung geeignet ist. Insbesondere kann ein Teil einer Energie eines Motorabgases genutzt werden, um einen Druck in einem Ansaugsystem zu erhöhen und dadurch mehr
Außenluft in einen Zylinder zu befördern als bei einem nicht aufgeladenen Motor.
Unter einer„Turbine“, insbesondere einer Abgasturbine, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige rotierende
Strömungsmaschine zu verstehen, welche eingerichtet ist, ein Abfallen einer inneren Energie eines strömenden Fluides in eine mechanische Leistung umzuwandeln, welche sie über ihre Welle abgibt. Einem Fluidstrom kann durch eine möglichst wirbelfreie laminare Umströmung von Turbinenschaufeln ein Teil einer inneren Energie, insbesondere umfassend Bewegungsenergie,
Lageenergie und/oder Druckenergie, entzogen werden, welcher auf
Laufschaufeln der Turbine übergehen kann. Über den Teil der inneren Energie kann dann die Turbinenwelle in Drehung versetzt werden und eine nutzbare Leistung kann an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise an einen Generator, abgegeben werden. Die Abgasturbine kann eingerichtet sein, um von Auspuffgasen eines Verbrennungsmotors angetrieben zu werden. Eine Wellenleistung der Abgasturbine kann insbesondere für einen Antrieb eines Verdichters zur Aufladung eines Motors verwendet werden.
Unter einem„Verdichter“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung
grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, einem eingeschlossenen Gas mechanische Arbeit zuzuführen. Der Verdichter kann insbesondere eingerichtet sein, einen Druck und eine Dichte des Gases zu erhöhen. Der Verdichter kann daher auch als Kompressor bezeichnet werden. Der Verdichter kann insbesondere ein Radialverdichter sein. Der
Radialverdichter kann eingesetzt sein, um durch einen rotierenden Läufer nach den Gesetzen der Strömungsmechanik einem strömenden Fluid Energie zuzusetzen. Der Radialverdichter kann derart ausgebildet sein, dass das Gas im Wesentlichen axial in ein Laufrad strömt und anschließend radial, d.h. nach außen abgelenkt wird.
Unter einem„Stator“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein
feststehendes Bauteil einer elektrischen Antriebsmaschine, wie beispielsweise einem Elektromotor, zu verstehen, das als gemeinsamer Kern für
Induktionsspulen dient. Der Stator kann insbesondere als feststehender, umbeweglicher Teil ausgebildet sein. Der Stator kann eingerichtet sein, einen nach Verlassen eines Laufrades schräg zu einer Maschinenlängsachse abgelenkt austretenden Strom eines Fluids gerade zu lenken. Der Stator weist, wie oben ausgeführt, die Mehrzahl von radial bezüglich der Achse des Stators angeordneten Statorzähnen auf sowie das Statorjoch auf, welche im
Nachfolgenden noch näher beschrieben werden.
Der Begriff„Statorjoch“ bezeichnet grundsätzlich ein ringförmiges, insbesondere ein kreisringförmiges Element eines beliebigen Stators. Das Statorjoch kann mehrere Segmente aufweisen, welche formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein können. Der Begriff„Statorzahn“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges, längliches Element eines Stators. Wie bereits oben ausgeführt, umfasst der Statorrohling bzw. der Stator eine Mehrzahl an
Statorzähnen. Die Statorzähne können von dem Statorjoch radial nach innen vorstehen und in Umfangsrichtung gesehen beabstandet voneinander gleichmäßig verteilt angeordnet sein.
Die Statorzähne können jeweils mindestens eine Spule aufweisen. Der Begriff „Spule“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Spule kann mindestens eine Wicklung eines elektrisch leitenden Materials, welches als Draht bereitgestellt ist, auf einem Spulenkörper sowie einen magnetischen Kern, insbesondere einen
weichmagnetischen Kern, aufweisen. Insbesondere kann beispielsweise auf jedem Statorzahn jeweils eine der Spulen radial angeordnet sein. Zum Beispiel können die Spulen auf den Statorzähnen jeweils mittels einer Spulenhalterung angebracht sein. Die Spulen können eine mehrphasige Antriebswicklung ausbilden. Insbesondere kann durch Bestromen der Phasen der
Antriebswicklung, mittels einer dafür vorgesehenen Leistungselektronik, beispielsweise ein drehendes Antriebsmagnetfeld erzeugt werden, durch welches der Rotor mit einem vorgebbaren Drehmoment angetrieben werden kann.
Wie bereits oben ausgeführt, weist der Statorrohling die Mehrzahl von radial bezüglich einer Achse des Stators angeordneten Statorzähnen auf. Der Begriff „radial“ bezeichnet grundsätzlich eine Anordnung eines beliebigen Elements, bei welcher das Element von einem Mittelpunkt aus strahlenförmig, insbesondere geradlinig, verläuft. Wie oben bereits ausgeführt, wird in Schritt a) der Statorrohling bereitgestellt. Der Begriff„Rohling“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Objekt, welches für eine Weiterverarbeitung bestimmt ist. Der Rohling kann daher eine oder mehrere Komponenten aufweisen. Die Komponenten können während der
Weiterverarbeitung mit weiteren Komponenten verbunden werden. Alternativ und/oder zusätzlich können ein oder mehrere Komponenten des Rohlings während der Weiterverarbeitung verändert werden, beispielsweise umgeformt werden. Auch andere Vorgänge sind grundsätzlich denkbar. Wie oben bereits ausgeführt, umfasst der Statorrohling die Mehrzahl der Statorzähne. Nach Durchführung des Schritts b) umfasst der Statorrohling weiterhin die statorfeste Einrichtung, so dass sich der Stator ausbildet. Darüber hinaus kann der
Statorrohling nach Durchführung des Schritts b), wie nachfolgend noch näher erläutert wird, noch weitere Komponenten umfassen. Ein oder mehrere
Komponenten des Statorrohlings, insbesondere die Statorzähne, können aus mindestens einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Insbesondere kann der metallische Werkstoff Eisen, vorzugsweise Weicheisen, umfassen. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar. Mehrere Komponenten des
Statorrohlings können miteinander verschweißt sein.
Vor oder nach Durchführung des Schritts b) kann ein kreisringförmiges Statorjoch des Statorrohlings ausgebildet werden. Dabei kann das Statorjoch derart mit dem Statorrohling verbunden werden, dass die statorfeste Einrichtung koaxial zu dem Statorjoch angeordnet ist. Insbesondere kann das kreisringförmige Statorjoch ausgebildet werden, indem Enden der Statorzähne mit einem Kunststoffmaterial umspritzt werden.
Die Statorzähne können jeweils mindestens einen, der Achse des Stators zugewandten, ersten Abschnitt und mindestens einen, dem Statorjoch
zugewandten, zweiten Abschnitt aufweisen. Die Begriffe„erster Abschnitt“ und „zweiter Abschnitt“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine
Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Abschnitten und/oder zweiten Abschnitten oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Abschnitte, beispielsweise ein oder mehrere dritte Abschnitte vorhanden sein. Der Begriff„Abschnitt“ bezeichnet grundsätzlich einen Teil oder eine Komponente eines beliebigen Elements. Der zweite Abschnitt kann fluchtend zu dem ersten Anschnitt angeordnet sein. Insbesondere können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt einstückig ausgebildet sein. Der zweite Abschnitt kann die Spulen zur Erzeugung eines Antriebsmagnetfelds aufweisen.
Der erste Abschnitt kann als Haltestrebe ausgebildet sein. Der Begriff „Haltestrebe“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, ein anderes Element in einer gewünschten Position zu halten. Insbesondere kann die Haltestrebe eingerichtet sein, ein erstes Element und ein zweites Element voneinander in einer gewünschten Position zu beabstanden. Daher kann die Haltestrebe jeweils Stoff- und oder formschlüssig mit dem zweiten Abschnitt verbunden sein. Die Haltestrebe kann als längliches Element ausgebildet sein. Auch andere Ausführungsformen sind grundsätzlich denkbar.
Wie bereits oben ausgeführt, weist der Stator mindestens eine statorfeste Einrichtung auf. Die statorfeste Einrichtung kann eingerichtet sein, das durch die elektrische Antriebsmaschine strömende Fluid zu leiten und/oder zu lenken. Insbesondere kann die statorfeste Einrichtung eingerichtet sein, um eine
Anströmung eines vorzugsweise nachfolgend angeordneten Verdichterrads zu gewährleisten. Die statorfeste Einrichtung kann eine Außenhülse und die Abdeckkappe aufweisen, welche im Nachfolgenden noch näher beschrieben werden.
Der Begriff„Abdeckkappe“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, ein anderes Element zumindest teilweise zu bedecken. Die Abdeckkappe kann eingerichtet sein, einen Rotor der elektrischen
Antriebsmaschine zumindest teilweise stirnseitig zu überdecken. Durch die Anordnung der Abdeckkappe stromaufwärts des Rotors beziehungsweise in Strömungsrichtung vor dem Rotor wird erreicht, dass das Fördermedium nicht auf eine flache beziehungsweise dem Medienstrom senkrecht entgegenstehende Wand des Rotors trifft, sondern durch die Abdeckkappe strömungsoptimiert an dem Rotor vorbeigeleitet wird. Die Abdeckkappe kann an den Statorzähnen gehalten sein. Durch das Anordnen der Abdeckkappe an den Statorzähnen wird erreicht, dass die Abdeckkappe gehäusefest angeordnet ist, so dass das Fördermedium im Unterschied zu bekannten Lösungen nicht in einer
Rotationsbewegung oder in Verwirbelungen gesetzt wird, wenn es den Rotor anströmt. Dadurch wird das Strömungsverhalten weiter verbessert und
Turbulenzen der Strömung werden vermieden, so dass einerseits der Betrieb des Verdichters optimiert und andererseits auch die Kühlung des Stators verbessert wird.
Der Begriff„Außenhülse“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen, länglichen Hohlkörper. Die Außenhülse kann eine Länge und einen Durchmesser aufweisen. Die Länge kann größer sein als der Durchmesser, beispielsweise um mindestens einen Faktor von 1,5, vorzugsweise um mindestens einen Faktor von 2, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor von 3. Der Durchmesser kann insbesondere eine runde Form aufweisen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich denkbar. Die Außenhülse kann koaxial zu der
Abdeckkappe angeordnet sein. Insbesondere können die Abdeckkappe und die Außenhülse einstückig ausgebildet sein.
Während des Spritzgießverfahrens kann weiterhin die mindestens eine
Außenhülse der statorfesten Einrichtung ausgebildet werden. Die Außenhülse kann koaxial zu der Abdeckkappe angeordnet sein.
Wie oben bereits ausgeführt, kann das Statorjoch derart mit dem Statorrohling verbunden werden, dass die statorfeste Einrichtung koaxial zu dem Statorjoch angeordnet ist. Der Begriff„koaxiale Anordnung“ bezeichnet grundsätzlich eine Anordnung zwischen zwei beliebigen Elementen, bei welcher die Elemente eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen. Das Rohrelement kann einen kleineren Durchmesser aufweisen als das Statorjoch. Das Rohrelement kann daher zumindest teilweise innerhalb des Statorjochs angeordnet sein. Eine Oberfläche des Rohrelements, welche dem Statorjoch zugewandt ist, kann an die Spulen angrenzen. Der erste Abschnitt kann ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Das erste Ende kann der Achse des Stators zugewandt sein. Das zweite Ende kann an den zweiten Abschnitt angrenzen, bzw. mit dem zweiten Abschnitt verbunden sein. Das zweite Ende kann einen Abstand zu der Achse des Stators aufweisen, welcher einem Abstand des Rohrelements zu der Achse des Stators entspricht.
Der Begriff„Verbinden“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen Vorgang, bei welchem zwei oder mehrere Komponenten stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig zusammengefügt werden. Nach dem Verbinden können die zwei oder mehreren Komponenten starr zueinander angeordnet sein.
Insbesondere können der Statorrohling und die statorfeste Einrichtung stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Der Begriff„stoffschlüssige Verbindung“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Verbindung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element, bei welchen mindestens eine Oberfläche des ersten Elements und mindestens eine Oberfläche des zweiten Elements durch atomare und/oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Die Verbindung kann reversibel oder irreversibel sein, vorzugsweise jedoch irreversibel. Die stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch das Spritzgießen erfolgen. Der Begriff„Formen“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen Vorgang, bei welchem aus einem beliebigen formlosen Stoff ein fester Körper hergestellt wird, insbesondere mit einer geometrisch definierten Form.
Der Begriff„Spritzgießverfahren“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges
Urformverfahren, bei welchem aus einem beliebigen formlosen Stoff ein fester Körper hergestellt wird, welcher insbesondere eine geometrisch definierte Form aufweist. Mit einer Spritzgießmaschine kann ein Werkstoff verflüssigt bzw.
plastifiziert werden und in eine Form, insbesondere einem Spritzgießwerkzeug, unter Druck eingespritzt werden. In dem Spitzgießwerkezug kann der Werkstoff durch eine Abkühlung und/oder durch eine Vernetzungsreaktion wieder in einen festen Zustand übergehen und nach dem Öffnen des Werkzeuges als Fertigteil entnommen werden. Ein Hohlraum des Spritzgießwerkzeugs, welcher auch als Kavität bezeichnet werden kann, kann dabei eine Form und/oder eine
Oberflächenstruktur des fertigen Teiles bestimmen.
Während des Spritzgießverfahrens kann mindestens ein Material eingesetzt werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Thermoplast, insbesondere Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), insbesondere
Polyamid 6 (PA6), insbesondere Polyamid 66 (PA66), insbesondere
Polypropylen (PP), insbesondere Polystyrol (PS), insbesondere
Polyetheretherketon (PEEK), insbesondere Polybutylenterephthalat (PBT), insbesondere Polyethylenimin (PEI), insbesondere Polyphenylensulfid (PPS); einem Elastomer, insbesondere Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), insbesondere Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), insbesondere Styrol- Butadien- Kautschuk (SBR), insbesondere Styrol-Butadien-Styrol (SBS), insbesondere Silikon. Auch andere Materialien sind grundsätzlich denkbar.
Während des Spritzgießverfahrens kann mindestens eine Ummantelung geformt werden, welche den ersten Abschnitt zumindest teilweise umschließt. Der Begriff „Ummantelung“ bezeichnet grundsätzlich ein beliebiges Element, welches eingerichtet ist, ein anderes Objekt ganz oder zumindest teilweise zu
umschließen. Die Ummantelung kann mindestens eine Oberfläche aufweisen, welche an mindestens eine Oberfläche des Objekts angrenzt. Die Oberfläche der Ummantelung kann stoffschlüssig mit der Oberfläche des Objekts verbunden sind. Die Ummantelung kann eine Aufnahme bilden. Eine Form der Aufnahme kann komplementär sein zu einer Form des Objekts. Das Objekt kann zumindest teilweise in der Aufnahme aufgenommen sein. Die Ummantelung und die Außenhülse und/oder die Abdeckkappe können einstückig ausgebildet werden. Der Statorrohling und die Außenhülse können mittels der Ummantelung des ersten Abschnitts miteinander verbunden werden.
Während des Spritzgießverfahrens kann weiterhin mindestens eine Innenhülse ausgebildet werden. Die Innenhülse kann sich an die Abdeckkappe anschließen und kann eingerichtet sein, den Rotor umfangsseitig zu umgeben. Die
Innenhülse kann mindestens eine Aussparung aufweisen. Weiterhin kann sich die Innenhülse entlang einer Achse der Außenhülse erstrecken. Der Rotor kann drehbar in der Innenhülse gelagert sein, so dass sich der Rotor um die Achse des Stators drehen kann. Die Innenhülse kann hohl ausgebildet sein und eine Aufnahme für den Permanentmagneten aufweisen. Der Permanentmagnet kann ausgebildet sein, mittels eines Magnetfeldes, das über den Stator induziert wird, den Turbolader elektrisch anzutreiben.
Die Innenhülse kann koaxial zu der Außenhülse angeordnet sein und die
Aussparung kann eingerichtet sein zur Aufnahme mindestens eines
Permanentmagneten. Der Begriff„Aussparung“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige Aufnahme, welche eingerichtet ist, um mindestens ein beliebiges Objekt zu halten, insbesondere in einer gewünschten Position, und/oder das Objekt von einer Umgebung des Objekts zu trennen. Die Aussparung kann daher einen Hohlraum aufweisen. Der Hohlraum kann eine Form aufweisen, welche komplementär zu dem Objekt ist. Das Objekt kann Abmessungen aufweisen, welche vorzugsweise kleiner sind das Abmessungen der Aufnahme. Das Objekt kann derart in der Aussparung angeordnet sein, dass sich das Objekt in der Aussparung bewegen kann, beispielsweise durch Kippen. Vorzugsweise ist die Aussparung jedoch derart ausgebildet, dass eine Bewegung des Objekts innerhalb der Aufnahme vermieden oder zumindest reduziert ist. Die Aussparung kann eine axiale Aussparung sein. Der Begriff„axiale Aussparung“ bezeichnet grundsätzlich, dass sich die Aussparung entlang einer Achse erstecken kann.
Das Verfahren kann weiterhin den folgenden Schritt umfassen:
c) Anbringen mindestens einer Spule zur Erzeugung eines
Antriebsmagnetfelds an mindestens einem der Statorzähne.
Schritt c) kann vor oder nach Durchführung des Schritts b) durchgeführt werden.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Antriebsmaschine für einen Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die elektrische Antriebsmaschine umfasst mindestens einen Stator wie er bereits beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird, mindestens eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle sowie mindestens einen Rotor, welcher drehfest an der Welle angeordnet ist.
Unter einem„Rotor“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein rotierendes Bauteil einer elektrischen Antriebsmaschine, wie beispielsweise einem
Elektromotor, zu verstehen, das alternativ auch als Läufer bezeichnet wird. Der Rotor weist dabei zweckmäßigerweise zumindest einen Permanentmagneten auf, der mit dem drehenden Magnetfeld des Stators zusammenwirkt.
Insbesondere kann der Rotor drehfest mit dem Verdichter und/oder der Turbine verbunden sein.
Die elektrische Antriebsmaschine kann weiterhin mindestens einen Flansch aufweisen. Der Stator kann mittels des Flansches mit einem Ansaugrohr eines Verdichters und/oder einer Turbine verbindbar sein. Das Ansaugrohr kann eingerichtet sein, dem Verdichter und/oder der Turbine ein Fluid zuzuführen.
Unter einem„Ansaugrohr“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung
grundsätzlich ein beliebiges Rohr zu verstehen, welches eingerichtet ist, ein Fluid einem anderen Element zuzuführen. Insbesondere ist das Ansaugrohr eingerichtet, dem Verdichter und/oder der Turbine das Fluid zuzuführen. Das Ansaugrohr kann als Rohr ausgebildet sein. Der Begriff„Rohr“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen, länglichen Hohlkörper. Der Hohlkörper kann eine Länge und einen Durchmesser aufweisen. Die Länge kann größer sein als der Durchmesser, beispielsweise um mindestens einen Faktor von 2, vorzugsweise um mindestens einen Faktor von 3, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor von 5. Der Durchmesser kann insbesondere eine runde Form aufweisen. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich denkbar.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verdichter und/oder eine Turbine, insbesondere ein Abgasturbolader vorgeschlagen, umfassend ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Welle, auf welcher zumindest ein Verdichterrad oder Turbinenrad drehfest angeordnet ist, und eine elektrische Antriebsmaschine, wie sie bereits beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird. Der Verdichter und/oder die Turbine können weiterhin das Ansaugrohr umfassen, welches mittels des Flansches an der elektrischen Antriebsmaschine befestigt ist und welches eingerichtet ist, dem Verdichter und/oder der Turbine das Fluid zuzuführen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stators, die elektrische Antriebsmaschine sowie der vorgeschlagene Verdichter und/oder Turbine weisen im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann beispielsweise eine kostengünstige Herstellung des Stators realisiert und eine Montage des Stators in den Verdichter/ die Turbine vereinfacht werden.
Üblicherweise werden der Statorrohling und die statorfeste Einrichtung separat gefertigt, nachbearbeitet und anschließend zusammenmontiert. Bei
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Nachbereitung nun entfallen, insbesondere da die statorfeste Einrichtung, welche auch als
Medienkanal bezeichnet werden kann, als ein Teil an einen verschweißten, mit Spulen versehenen Statorrohling im Rahmen des Spritzgießverfahrens angeformt werden kann.
Vorteilhafterweise kann ein Spritzgießwerkzeug wesentlich einfacher ausgeführt werden, insbesondere in einem Vergleich zu einem Kunststoffkanal mit
Medienleitelementen, welcher als Einzelteil als Halbzeug vorbereitet wird. Durch einen Entfall eines notwendigen Schiebers für Statorzahndurchbrüche kann ein Auf-/Zu-Werkzeug eingesetzt werden. Weiterhin kann eine Klebekontur um den Statorzahn, insbesondere um den Spulenbereich vom Medienbereich
abzuschirmen, entfallen, da eine Abdichtung während des Spritzgießverfahrens umgesetzt werden kann. Eine Toleranzkette der Komponenten des Stators kann sich reduzieren, da zusätzliche Montage- und/oder Nachbearbeitungsschritte grundsätzlich entfallen oder zumindest reduziert sein können.
Weiterhin kann der Statorzahn zumindest teilweise ummantelt werden. Die Ummantelung kann somit als Korrosionsschutz für den Statorzahn eingerichtet sein. Insbesondere kann bei Verbrennungsmotoren mit einer
Abgasrückgewinnung ein Korrosionsschutz des Weicheisens unabdingbar sein. Zusammen mit der Ummantelung des Statorzahns kann eine einheitliche, strömungsvorteilhafte Oberfläche und Profilform um den Statorzahn realisiert werden.
Der Statorrohling, insbesondere der verschweißte Statorrohling mit den Spulen, kann in eine Spritzgießmaschine gelegt werden und über das Auf-/Zu-Werkzeug kann die statorfeste Einrichtung, insbesondere der Medienkanal, insbesondere inklusive der Ummantelung der Statorzähne angeformt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen
Figur 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines
Verdichters mit einer elektrischen Antriebsmaschine; und
Figuren 2A bis 2C ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines
Stators (Figuren 2A und 2B) und einen ersten Abschnitt eines Statorzahns in einer Schnittdarstellung (Figur 2C).
Ausführungsformen der Erfindung Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verdichters 110, insbesondere eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, mit einer elektrischen
Antriebsmaschine 112 in einer Schnittansicht.
Der Verdichter 110 umfasst dabei ein Gehäuse 114 sowie eine in dem Gehäuse 114 drehbar gelagerte Welle 116. Auf der Welle 116 ist ein Verdichterrad 118, beispielsweise ein Turbinenrad, drehfest angeordnet. Weiterhin ist ein Rotor 120 der Antriebsmaschine 112 ebenfalls drehfest mit der Welle 116 verbunden, welcher mindestens einen Permanentmagneten 122 aufweist. Die
Antriebsmaschine 112 umfasst zudem einen Stator 124 sowie eine Mehrzahl von radial bezüglich einer Achse 128 des Stators 124 angeordneten Statorzähnen 130. Der Stator 124 weist weiterhin statorfeste Einrichtung 132 zur Führung eines durch die elektrische Antriebsmaschine 112 strömenden Fluids auf, wobei die statorfeste Einrichtung 132 eine Außenhülse 134, beispielsweise eine mit den Statorzähnen 130 verbundene Außenhülsel34, und einen koaxial zu der Außenhülse 134 angeordnete Innenhülse 136 umfasst. Eine Fließrichtung des durch ein Ansaugrohr 140 strömenden Fluids ist dabei in Figur 1 beispielsweise durch Pfeile 142 dargestellt. Die elektrische Antriebsmaschine 112 umfasst mindestens einen Flansch 138. Der Flansch 138 ist eingerichtet, die elektrische Antriebsmaschine an ein Ansaugrohr 140 zu befestigen.
Figuren 2A bis 2B zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Stators 124. Der Stator 124 entspricht zumindest weitgehend dem Stator 124 des Verdichters 110 gemäß Figur 1, so dass zumindest weitgehend auf die Beschreibung der Figur 1 oben verwiesen werden kann.
In einem ersten Schritt, wie in Figur 2A dargestellt, wird ein Statorrohling 144 bereitgestellt. Der Statorrohling 144 kann ein Statorjoch 146 umfassen. Weiterhin umfasst der Statorrohling 144 eine Mehrzahl von radial bezüglich der Achse 128 des Stators 124 angeordneten Statorzähnen 130. Die Statorzähne 130 können jeweils mindestens eine Spule 148 zur Erzeugung eines Antriebsfeldes bilden.
Die Spulen 148 können eine mehrphasige Antriebswicklung 126 ausbilden.
Die Statorzähne 128 können von dem Statorjoch 146 radial nach innen vorstehen und in Umfangsrichtung gesehen beabstandet voneinander gleichmäßig verteilt angeordnet sein Die Statorzähne 130 können jeweils mindestens einen, der Achse 128 des Stators 124 zugewandten, ersten Abschnitt 150 und mindestens einen, dem Statorjoch 146 zugewandten, zweiten Abschnitt 152 aufweisen. Der zweite Abschnitt 152 kann die Spule 148 aufweisen. Insbesondere kann beispielsweise auf jedem Statorzahn 130 jeweils eine der Spulen 148 radial angeordnet sein. Zum Beispiel können die Spulen 148 auf den Statorzähnen 130 jeweils mittels einer Spulenhalterung 154 angebracht sein. Der erste Abschnitt 150 kann als Haltestrebe 156 ausgebildet sein.
In einem zweiten Schritt wird der Statorrohling 144 mit der statorfesten
Einrichtung 132 verbunden, derart, dass die statorfeste Einrichtung 132 koaxial zu dem Statorjoch 146 angeordnet ist. Die statorfeste Einrichtung 132 kann mindestens eine Abdeckkappe 135 aufweisen. Es kann sich folglich der Stator 124 ausbilden. In Figur 2B ist der Stator 134 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Das Verfahren umfasst mindestens ein Spritzgießverfahren, wobei während des Spritzgießverfahrens die statorfeste Einrichtung 132 geformt und mit dem Statorrohling 144, wie in Figur 2B dargestellt, verbunden wird. Ein Durchmesser der statorfesten Einrichtung 132, insbesondere der Außenhülse 134, entlang der Achse 128 des Stators 124 kann variieren.
Die Außenhülse 134 kann einen kleineren Durchmesser aufweisen als das Statorjoch 146. Die Außenhülse 134 kann daher zumindest teilweise innerhalb des Statorjochs 146 angeordnet sein. Eine Oberfläche 160 der Außenhülse 134, welche dem Statorjoch 146 zugewandt ist, kann an die Spulen 148 angrenzen. Der erste Abschnitt 150 kann ein erstes Ende 162 und ein zweites Ende 164 aufweisen. Das erste Ende 162 kann der Achse 128 des Stators 124 zugewandt sein. Das zweite Ende 164 kann an den zweiten Abschnitt 152 angrenzen, bzw. mit dem zweiten Abschnitt 152 verbunden sein. Das zweite Ende 162 kann einen Abstand zu der Achse 128 des Stators 124 aufweisen, welcher einem Abstand der Außenhülse 134 zu der Achse 128 des Stators 128 entspricht.
Während des Spritzgießverfahrens kann mindestens eine Ummantelung 166 geformt werden, welche den ersten Abschnitt 150 zumindest teilweise umschließt. Die Ummantelung 166 und die Außenhülse 134 können einstückig ausgebildet werden. Der Statorrohling 144 und die Außenhülse 134 können mittels der Ummantelung 166 des ersten Abschnitts 150 miteinander verbunden werden. Während des Spritzgießverfahrens kann weiterhin die Innenhülse 136 mit mindestens einer Aussparung 168 ausgebildet werden. Insbesondere kann die Innenhülse 136 in einem Inneren der Außenhülse 134 angeordnet sein.
Weiterhin kann sich die Innenhülse 136 entlang einer Achse 170 der
Außenhülse 134 erstrecken. Der Rotor 120, wie in Figur 1 dargestellt, kann drehbar gelagert sein, so dass sich der Rotor 120 um die Achse 128 des Stators 124 drehen kann. Die Aussparung 168 kann ausgebildet sein, um mindestens einen Permanentmagneten 122 aufzunehmen. Der Permanentmagnet 122 kann ausgebildet sein, mittels eines Magnetfeldes, das über den Stator 124 induziert wird, den Turbolader und/oder den Verdichter 110 elektrisch anzutreiben.
In Figur 2C ist der erste Abschnitt 150 eines Statorzahns 130 in einer
Schnittdarstellung dargestellt. Der erste Abschnitt 150 kann aus mindestens einem metallischen Material, beispielsweise aus mindestens einem Weicheisen, hergestellt sein. Der erste Abschnitt 150 kann die Ummantelung 166 umfassen. Die Ummantelung 166 kann aus mindestens einem thermoplastischen Material hergestellt sein. Die Ummantelung 166 kann ein Profil 174 aufweisen. Die Ummantelung 166 kann sich entlang einer Achse 176, welche quer zu einer Erstreckungsrichtung des ersten Abschnitts 150 verläuft, erstrecken. Die Ummantelung kann ein erstes Ende 178 und ein zweites Ende 180 aufweisen. Das erste Ende 178 und das zweite Ende 180 können jeweils auf der Achse 176 münden. Das zweite Ende 180 kann zu der Achse 176 hin spitz zulaufen. Die Ummantelung 166 kann eine ovale Grundform aufweisen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Stators (124), insbesondere für eine
elektrische Antriebsmaschine (122), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
a) Bereitstellen mindestens eines Statorrohlings (144), wobei der
Statorrohling (144) eine Mehrzahl von radial bezüglich einer Achse des Stators angeordneten Statorzähnen (130) aufweist; und b) Verbinden des Statorrohlings (144) mit mindestens einer statorfesten Einrichtung (132), wobei die statorfeste Einrichtung (132) eine koaxial zu einer Achse (128) des Stators (144) angeordnete Abdeckkappe (135) für einen Rotor (120) umfasst;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren mindestens ein Spritzgießverfahren umfasst, wobei während des Spritzgießverfahrens die statorfeste Einrichtung (132) geformt und mit dem Statorrohling (144)verbunden wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei vor oder nach
Durchführung des Schritts b) ein kreisringförmiges Statorjoch (146) des Statorrohlings (144) ausgebildet wird, wobei das kreisringförmige Statorjoch (146) derart mit dem Statorrohling (144) verbunden wird, dass die statorfeste Einrichtung (132) koaxial zu dem Statorjoch (146) angeordnet ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die statorfeste Einrichtung (132) nach Durchführung des Schritts b) Enden der Statorzähne (130) zumindest teilweise umschließt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Statorzähne (130) jeweils mindestens einen, der Achse (128) des Stators (124) zugewandten, ersten Abschnitt (150) und mindestens einen, dem Statorjoch (146) zugewandten, zweiten Abschnitt (152) aufweisen, wobei während des Spritzgießverfahrens mindestens eine Ummantelung (166) geformt wird, welche den ersten Abschnitt (150) zumindest teilweise umschließt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Spritzgießverfahrens weiterhin mindestens eine Außenhülse (134) der statorfesten Einrichtung (132) ausgebildet wird, wobei die Außenhülse (134) koaxial zu der Abdeckkappe (135) angeordnet ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Spritzgießverfahrens weiterhin mindestens eine Innenhülse (136) ausgebildet wird, welche sich an die Abdeckkappe (135) anschließt und eingerichtet ist, den Rotor (120) umfangsseitig zu umgeben.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Spritzgießverfahrens mindestens ein Material eingesetzt wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Thermoplast, insbesondere
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), insbesondere Polyamid 6 (PA6), insbesondere Polyamid 66 (PA66), insbesondere Polypropylen (PP), insbesondere Polystyrol (PS), insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), insbesondere Polybutylenterephthalat (PBT), insbesondere Polyethylenimin (PEI), insbesondere Polyphenylensulfid (PPS); einem Elastomer, insbesondere Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), insbesondere Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), insbesondere Styrol-Butadien- Kautschuk (SBR), insbesondere Styrol-Butadien-Styrol (SBS), insbesondere Silikon.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt umfasst:
c) Anbringen mindestens einer Spule (148) zur Erzeugung eines
Antriebsmagnetfelds an mindestens einem der Statorzähne (130).
9. Elektrische Antriebsmaschine (112) für einen Verdichter (110) und/oder eine Turbine, insbesondere für einen Abgasturbolader einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens eine in einem Gehäuse (114) drehbar gelagerte Welle (116), mindestens einen Rotor (120), welcher drehfest an der Welle (116) angeordnet ist, sowie mindestens einen Stator (124) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verdichter (110) und/oder Turbine, insbesondere Abgasturbolader, wobei der Verdichter (110) und/oder die Turbine mindestens ein Gehäuse (114), mindestens eine in dem Gehäuse (114) drehbar gelagerte Welle (116), auf welcher zumindest ein Verdichterrad (118) oder Turbinenrad drehfest angeordnet ist, und mindestens eine elektrischen Antriebsmaschine (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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