WO2021213581A1 - Rotorbaugruppe mit rotatorischer sicherung zumindest eines scheibenelementes; sowie elektrische maschine - Google Patents

Rotorbaugruppe mit rotatorischer sicherung zumindest eines scheibenelementes; sowie elektrische maschine Download PDF

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Definitions

  • Fig. 2 is a perspective view of the partially exploded Ro gate assembly from Fig. 1, wherein, inter alia, two disc elements to be coupled to a rotor shaft via a tongue and groove connection have not yet been pushed onto the rotor shaft
  • Fig. 3 is a perspective view of the in Figs. 1 and 2 used rotor shaft

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe (1) für eine elektrische Maschine (10) eines hybridisch oder rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges, mit einer Rotorwelle (2), einer auf einer radialen Außenseite (3) der Rotorwelle (2) aufgenommenen und drehfest mit der Rotorwelle (2) verbundenen Magneteinheit (4) und zumindest zwei axial neben der Magneteinheit (4) angeordneten Scheibenelementen (5, 6), wobei die Scheibenelemente (5, 6) jeweils mittels einer Feder-Nut-Verbindung (7a, 7b) mit der Rotorwelle (2) drehfest verbunden sind. Zudem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine (10) mit dieser Rotorbaugruppe (1).

Description

Rotorbauqruppe mit rotatorischer Sicherung zumindest eines
Scheibenelementes; sowie elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine Rotorbaugruppe für eine elektrische Maschine sowie eine elektrische Maschine selbst, die vorzugsweise in ein hybrides oder rein elektrisch an getriebenes Kraftfahrzeug eingesetzt ist.
Eine Anforderung an elektrische Maschinen sowie deren Rotorbaugruppen besteht darin, die Fertigung sowie Montage der entsprechenden Bestandteile möglichst ein fach zu gestalten.
Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine Rotorbaugruppe für eine elektrische Maschine eines hybridisch oder rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges beansprucht, die eine Rotorwelle, eine auf einer radialen Außenseite der Rotorwelle aufgenommene und drehfest mit der Rotor welle verbundene Magneteinheit und zumindest zwei axial neben der Magneteinheit angeordnete Scheibenelemente aufweist, wobei die Scheibenelemente jeweils mittels einer Feder-Nut-Verbindung mit der Rotorwelle drehfest verbunden sind.
Durch die Feder-Nut-Verbindungen zwischen der Rotorwelle und dem jeweiligen Scheibenelement lassen sich die Scheibenelemente bei der Montage auf einfache Weise mit der Rotorwelle verbinden. Die jeweilige Feder-Nut-Verbindung ist auch möglichst einfach herstellbar. Somit wird auch der Fierstellaufwand der Rotorbau gruppe deutlich reduziert.
Weitergehende Ausführungsformen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Demnach ist es weiterhin von Vorteil, wenn jedes Scheibenelement unmittelbar (vor zugsweise ausschließlich / nur) eine radial nach innen abstehenden Nase der Feder- Nut-Verbindung aufweist, welche Nase in einer axial verlaufenden Nut der Rotorwelle eingeschoben ist. Somit ist der Aufbau der Feder-Nut-Verbindungen möglichst einfach gehalten. Dabei ist es weiter zweckmäßig, wenn die Nasen beider Scheibenelemente in derselben (partial durchgängig verlaufenden) Nut der Rotorwelle eingeschoben sind. Dadurch wird der Herstellaufwand weiter reduziert.
Des Weiteren ist es dabei von Vorteil, wenn die axial verlaufende Nut der Rotorwelle einen, eine erste Breite aufweisenden, ersten Längsbereich aufweist, in dem eine ra dial nach innen abstehende (erste) Nase eines ersten Scheibenelementes aufgenom men ist, sowie einen, eine Breite aufweisenden, zweiten Längsbereich aufweist, in dem eine radial nach innen abstehende (zweite) Nase eines zweiten Scheibenele mentes aufgenommen ist. Bevorzugt ist die zweite (in Umfangsrichtung gemessene) Breite des zweiten Längsbereiches größer als die erste (in Umfangsrichtung gemes sene) Breite des ersten Längsbereiches. Dadurch wird eine Fehlmontage verhindert.
In anderen Ausführungen weisen die beiden Nasen der beiden Scheibenelemente zu sätzlich oder alternativ zu der unterschiedlichen Breite eine unterschiedliche Form auf.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn zumindest eines der Scheibenelemente, weiter bevorzugt jedes Scheibenelement, zu zumindest einer axialen Seite hin durch eine auf der Rotorwelle fixierte Axialhülse abgestützt ist. Die Axialhülse ist weiter bevorzugt durch eine Verstemmung unmittelbar auf der Außenseite der Rotorwelle fixiert. Dadurch wird die Bauteilanzahl möglichst gering gehalten.
Als zweckmäßig hat es sich zudem herausgestellt, wenn ein erstes Scheibenelement, das mittels einer ersten Feder-Nut-Verbindung an der Rotorwelle befestigt ist, als eine Wuchtscheibe ausgebildet ist. Jene Wuchtscheibe liegt bevorzugt direkt an einer axia len Seite der Magneteinheit an. Dadurch wird die Wuchtscheibe einfach auf der Rotor welle montiert.
Wenn das erste Scheibenelement axial zwischen der Magneteinheit und der Axial hülse angeordnet ist, wird der Aufbau weiter vereinfacht. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn ein zweites Scheibenelement, das mittels einer zweiten Feder-Nut-Verbindung an der Rotorwelle befestigt ist, als ein Geberteil für ei nen Rotorlagesensor ausgebildet ist. Dadurch wird die Funktionalität der Rotorbau gruppe geschickt erweitert.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das zweite Scheibenelement über eine Tellerfeder von der Axialhülse axial weg vorgespannt und gegen einen Sicherungsring gedrückt ist. Dadurch lässt sich gleichzeitig ein Längenausgleich umsetzen, ohne den Herstellauf wand signifikant ansteigen zu lassen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine für ein hybridisch oder rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem Stator und einer erfindungsge mäßen, radial innerhalb des Stators angeordneten sowie relativ zu dem Stator ver drehbaren Rotorbaugruppe nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausfüh rungen.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist folglich erfindungsgemäß eine rotatorische Siche rung einer Wuchtscheibe und eines Stators (Geberteil) eines Rotorlagesensors umge setzt. Die Drehteile, bspw. die Wuchtscheibe oder das Geberteil des Rotorlage sensors, sind durch eine eine Feder ausbildende Nase, die in einer Nut der Rotorwelle eingeschoben ist, auf der Rotorwelle befestigt.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Ma schine aufweisend eine nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus gebildete Rotorbaugruppe,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der teilweise explodiert dargestellten Ro torbaugruppe aus Fig. 1 , wobei unter anderem zwei über eine Feder-Nut- Verbindung mit einer Rotorwelle zu koppelnde Scheibenelemente noch nicht auf der Rotorwelle aufgeschoben sind, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der in den Fign. 1 und 2 eingesetzten Ro torwelle,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines in den Fign. 1 und 2 eingesetzten, eine Wuchtscheibe ausbildenden, ersten Scheibenelementes, sowie
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines in den Fign. 1 und 2 eingesetzten, ein Geberteil eines Rotorlagesensors ausbildenden, zweiten Scheibenele mentes.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen.
Mit Fig. 1 ist zunächst ein prinzipieller Aufbau einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 10, wie sie bevorzugt als eine Antriebsmaschine eines hybridisch oder rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs eingesetzt ist, zu erkennen. Die elektrische Maschine 10 weist auf typische Weise einen gehäusefest angeordneten, gesamtheit- lich im Wesentlichen ringförmig verlaufenden Stator 16 auf. Radial innerhalb des Sta tors 16 ist eine Rotorbaugruppe 1 entlang einer zentralen Drehachse 17 verdrehbar zum Stator 16 gelagert / aufgenommen. Nachfolgend wird der Aufbau der erfindungs gemäß ausgebildeten Rotorbaugruppe 1 näher beschrieben.
Die Rotorbaugruppe weist eine Rotorwelle 2 auf. Diese Rotorwelle 2, wie mit Fig. 1 er sichtlich, ist im Wesentlichen zweiteilig realisiert. Auf einem ersten rohrförmigen Well enteil 18a der Rotorwelle 2 ist eine Magneteinheit 4 der Rotorbaugruppe 1 fixiert. Die Magneteinheit 4 ist als ein Blechpaket umgesetzt, das mit mehreren Magneten 19 be stückt ist. Die als Permanentmagnete umgesetzten Magnete 19 bilden somit eine per manent magnetisierte Magneteinheit 4 aus. Wie des Weiteren in Verbindung mit Fig. 3 zu erkennen, ist die Magneteinheit 4 auf einer auf einer (radialen) Außenseite 3 der Rotorwelle 2 ausgebildeten Steckverzahnung 20 fixiert. Neben dem ersten Wellenteil 18a weist die Rotorwelle 2 ein zweites Wellenteil 18b auf, das mit dem ersten Wellenteil 18a verbunden ist und axial / in axialer Richtung (d.h. entlang der Drehachse 17) unmittelbar an dieses erste Wellenteil 18a anschließt. Dieses zweite Wellenteil 18b weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Schrägverzah nung 21 auf, mittels welcher Verzahnung 21 die Rotorwelle 2 im Betrieb mit weiteren Abtriebsbestandteilen gekoppelt ist. Die Verzahnung 21 ist axial beabstandet zu der Magneteinheit 4 sowie zum Stator 16 angeordnet.
Des Weiteren ist zu erkennen, dass die Magneteinheit 4 zu ihren beiden axial abge wandten Seiten von entsprechenden Scheibenelementen 5, 22 in Form von Wucht scheiben umgeben ist. Ein zu der axialen Seite des zweiten Wellenteils 18b hin ange ordnetes Scheibenelement ist als drittes Scheibenelement 22 bezeichnet und in dieser Ausführung als Wuchtscheibe realisiert. Dieses dritte Scheibenelement 22 ist unmittel bar auf der Steckverzahnung 20 mit fixiert.
Ein erstes Scheibenelement 5 ist auf einer dem zweiten Wellenteil 18b axial abge wandten Seite der Magneteinheit 4 angeordnet und ebenfalls als Wuchtscheibe umge setzt.
Wie dann besonders gut in Verbindung mit den Fign. 1 und 2 zu erkennen, ist dieses erste Scheibenelement 5 über eine erste Feder-Nut-Verbindung 7a mit der Rotorwelle 2 verbunden. Die erste Feder-Nut-Verbindung 7a weist seitens des ersten Scheiben elementes 5 eine radial nach innen abstehende erste Nase 8a sowie die seitens der Rotorwelle 2 eingebrachte Nut 9 auf. Die Nut 9 ist als eine axial verlaufende Nut um gesetzt und verläuft von einem Ende der Steckverzahnung 20 weg in axialer Richtung. Die Nut 9 ist zu einer der Steckverzahnung 20 abgewandten axialen Seite geöffnet. Wie in Verbindung mit Fig. 4 gut zu erkennen, ist lediglich eine erste Nase 8a zur Um setzung der ersten Feder-Nut-Verbindung 7a vorhanden. Die erste Nase 8a weist eine (in Umfangsrichtung gemessene) erste Breite auf.
Neben dem ersten Scheibenelement 5 ist ein weiteres zweites Scheibenelement 6 mittels einer zweiten Feder-Nut-Verbindung 7b mit der Rotorwelle 2 verbunden. Das zweite Scheibenelement 6 ist in dieser Ausführung als ein Geberteil / Geberrad eines Rotorlagesensors realisiert. Das zweite Scheibenelement 6, wie dann in Verbindung mit Fig. 5 gut zu erkennen ist, weist demnach eine zur Drehzahlmessung und/oder Drehpositionsmessung ausgebildete Außenkontur 23 auf, die in diesem Fall rosetten artig ausgebildet ist. Die Außenkontur 23 weist somit mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig ausgebildete sowie gleich dimensionierte Erhebungen 24 auf.
Das zweite Scheibenelement 6 weist zur Umsetzung der zweiten Feder-Nut-Verbin- dung 7b eine zweite Nase 8b auf. Die zweite Nase 8b weist eine (in Umfangsrichtung gemessene) zweite Breite auf. Jene Nut 9 der zweiten Feder-Nut-Verbindung 7b ist dieselbe Nut 9, wie bei der ersten Feder-Nut-Verbindung 7a. Die beiden Feder-Nut- Verbindungen 7a, 7b weisen somit dieselbe Nut 9 auf, die in die Rotorwelle 2 einge bracht ist.
Wie in Verbindung mit den Fign. 2 und 3 zu erkennen, weist die Nut 9 zwei unter schiedliche Längsbereiche 11a, 11b auf, die sich hinsichtlich ihrer (in Umfangsrichtung gemessenen) Breite voneinander unterscheiden. Die Breite eines ersten Längsbe reichs 11a entspricht im Wesentlichen der (ersten) Breite der ersten Nase 8a, wohin gegen die (in Umfangsrichtung gemessene) Breite eines zweiten Längsbereiches 11b im Wesentlichen der (zweiten) Breite der zweiten Nase 8b entspricht. In dieser Aus führung ist die zweite Breite der zweiten Nase 8b größer als die erste Breite der ersten Nase 8a ist. Folglich ist die Breite der zweiten Nase 8b größer als die Breite des ers ten Längsbereichs 11a. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, dass in weiteren Ausführungen die Nasen 8a, 8b nicht nur in ihrer Breite unterschiedlich di mensionierbar sind, sondern auch unterschiedliche Formen aufweisen.
In Verbindung mit den Fign. 1 und 2 ist auch die axiale Fixierung der beiden Schei benelemente 5, 6 an der Rotorwelle 2 zu erkennen. In diesem Zusammenhang wird deutlich, dass nach einer axialen Anlage des ersten Scheibenelementes 5 an der Magneteinheit 4 dieses durch eine Axialhülse 12 in seiner axialen Position gesichert wird. Die Axialhülse 12 wird mittels einer Verstemmung auf der Rotorwelle 2 fixiert.
Die Axialhülse 12 dient somit zur direkten Anlage / Abstützung an einer ersten axialen Seite 13a (/ der Magneteinheit 4 axial abgewandten Seite) des ersten Scheibenele mentes 5. Das zweite Scheibenelement 6 ist mit einer zweiten axialen Seite 13b (/ der Magnet einheit 4 axial zugewandten Seite) an der Axialhülse 12 abgestützt. Diese Abstützung erfolgt indirekt über eine Tellerfeder 14, die axial komprimierbar ist. Diese Tellerfeder 14 liegt derart an dem zweiten Scheibenelement 6 an, dass diese axial gegen einen Sicherungsring 15 angedrückt ist. Der Sicherungsring 15 ist wiederum auf typische Weise in einer Ringnut 25 der Rotorwelle 2 fixiert.
Mit anderen Worten ausgedrückt, werden durch die erfindungsgemäßen Gestaltungen der Wuchtscheibe 5 sowie des Stators 6 des Rotorlagesensors mit einem Mitnahme zahn 8a, 8b können diese Bauteile mittels einer Passfeder-Nut Verbindung 7a, 7b ein fach und kostengünstig gesichert werden. Dabei werden die Bauteile 5, 6 bevorzugt durch unterschiedliche Nutbreiten gesichert. In weiteren Ausführungen sind alternativ auch gleiche Nutbreiten vorgesehen.
Die Welle 2 wird bei der Bearbeitung mit einer Passfederverbindung versehen, die dermaßen gestaltet ist, dass sie die Bauteile (Wuchtscheibe 5 und Stator 6 des Rotor lagesensors) aufnehmen kann und rotatorisch gegen ein Verdrehen auf der Welle 2 sichert. Die Bauteile 5, 6 besitzen hierfür jeweils einen Mitnehmerzahn 8a, 8b, der je nach Bedarf identisch ausgeprägt ist oder in der Form variiert. Die axiale Sicherung der Bauteile erfolgt dabei unabhängig voneinander durch getrennte Elemente, kann aber auch durch ein einzelnes entsprechendes Federelement ebenfalls abhängig von einander fixiert werden.
In diesem Fall wird die Axialhülse 12 genutzt, die Wuchtscheibe 5 gegen das Rotorpa ket 4 und die zweite Wuchtscheibe 22 zu sichern. Axial wird die Flülse 12 durch eine radiale Verstemmung auf der Welle 2 fixiert. Die Tellerfeder 14 wird genutzt, um den Stator 6 des Rotorlagesensors axial gegen den Sicherungsring 15 zu pressen. Dabei übernimmt die Tellerfeder 14 auch gleichzeitig die Funktion des Längenausgleichs. Bezuqszeichenliste Rotorbaugruppe Rotorwelle Außenseite Magneteinheit erstes Scheibenelement zweites Scheibenelement a erste Feder-Nut-Verbindung b zweite Feder-Nut-Verbindung a erste Nase b zweite Nase Nut 0 elektrische Maschine 1 a erster Längsbereich 1 b zweiter Längsbereich 2 Axialhülse 3a erste axiale Seite 3b zweite axiale Seite 4 Tellerfeder 5 Sicherungsring 6 Stator 7 Drehachse 8a erstes Wellenteil 8b zweites Wellenteil 9 Magnet 0 Steckverzahnung 1 Schrägverzahnung 2 drittes Scheibenelement 3 Außenkontur 4 Erhebung 5 Ringnut

Claims

Patentansprüche
1. Rotorbaugruppe (1 ) für eine elektrische Maschine (10) eines hybridisch oder rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges, mit einer Rotorwelle (2), einer auf ei ner radialen Außenseite (3) der Rotorwelle (2) aufgenommenen und drehfest mit der Rotorwelle (2) verbundenen Magneteinheit (4) und zumindest zwei axial ne ben der Magneteinheit (4) angeordneten Scheibenelementen (5, 6), wobei die Scheibenelemente (5, 6) jeweils mittels einer Feder-Nut-Verbindung (7a, 7b) mit der Rotorwelle (2) drehfest verbunden sind.
2. Rotorbaugruppe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Scheibenelement (5, 6) unmittelbar eine radial nach innen abstehende Nase (8a, 8b) der Feder-Nut-Verbindung (7a, 7b) aufweist, welche Nase (8a, 8b) in einer axial verlaufenden Nut (9) der Rotorwelle (2) eingeschoben ist.
3. Rotorbaugruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine axial verlaufende Nut (9) der Rotorwelle (2) einen, eine erste Breite aufwei senden, ersten Längsbereich (11a) aufweist, in dem eine radial nach innen ab stehende Nase (8a) eines ersten Scheibenelementes (5) aufgenommen ist, so wie einen, eine zweite Breite aufweisenden, zweiten Längsbereich (11b) auf weist, in dem eine radial nach innen abstehende Nase (8b) eines zweiten Schei benelementes (6) aufgenommen ist.
4. Rotorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Scheibenelemente (5, 6) zu zumindest einer axia len Seite (13a, 13b) hin durch eine auf der Rotorwelle (2) fixierte Axialhülse (12) abgestützt ist.
5. Rotorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Scheibenelement (5), das mittels einer ersten Feder-Nut- Verbindung (7a) an der Rotorwelle (2) befestigt ist, als eine Wuchtscheibe aus gebildet ist.
6. Rotorbaugruppe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Scheibenelement (5) axial zwischen der Magneteinheit (4) und der Axial hülse (12) angeordnet ist.
7. Rotorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Scheibenelement (6), das mittels einer zweiten Feder-Nut- Verbindung (7b) an der Rotorwelle (2) befestigt ist, als ein Geberteil für einen Rotorlagesensor ausgebildet ist.
8. Rotorbaugruppe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Scheibenelement (6) über eine Tellerfeder (14) von der Axialhülse (12) axial weg vorgespannt und gegen einen Sicherungsring (15) gedrückt ist.
9. Elektrische Maschine (10) für ein hybridisch oder rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem Stator (16) und einer radial innerhalb des Stators (16) angeordneten, relativ zu dem Stator (16) verdrehbaren Rotorbaugruppe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
PCT/DE2021/100293 2020-04-24 2021-03-24 Rotorbaugruppe mit rotatorischer sicherung zumindest eines scheibenelementes; sowie elektrische maschine WO2021213581A1 (de)

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