WO2022229340A1 - Gehäuse für eine elektrische maschine mit einem verstärkungselement - Google Patents

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WO2022229340A1
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housing
reinforcing element
edge
inner ring
end shield
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PCT/EP2022/061378
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Alexander Schlereth
Nico Wolf
Thomas Trott
Nimal-Kumar MADAN-KUMAR
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Valeo Eautomotive Germany Gmbh
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    • H02K5/15—Mounting arrangements for bearing-shields or end plates

Definitions

  • the invention relates to a housing for an electrical machine, with a housing shell in the form of a hollow cylinder and a circular bearing plate made of a first material, which is arranged at an axial end of the housing shell.
  • the end shield can be produced, for example, as a circular or ring-shaped cast part that at least partially closes the housing shell in an axial direction and thus forms an end face of the housing.
  • the end shield can carry a bearing bush for a roller bearing, which accommodates the rotor shaft of a rotor arranged in the housing.
  • the rotor shaft can protrude through a central hole in the end shield, in which the bearing bush is arranged.
  • a stator can be accommodated in the housing, with the rotor being rotatable with respect to the stator.
  • a further end shield can be provided, which closes the housing jacket in the opposite axial direction and can carry a further bearing of the rotor.
  • Electric machines of this type are increasingly being used in electrically powered vehicles and hybrid vehicles, primarily as electric motors for driving a wheel or an axle of such a vehicle.
  • the electric motor can be designed, among other things, as a synchronous motor or an asynchronous motor.
  • the electric motor is usually mechanically coupled to a gear for speed adjustment.
  • the electric motor is usually electrically connected to an inverter, which generates an AC voltage for the operation of the electric motor from a DC voltage supplied by a battery, for example a polyphase AC voltage.
  • the electrical machine it is also possible to operate the electrical machine as a generator for recuperating kinetic energy from a vehicle, with the kinetic energy first being converted into electrical energy and then into chemical energy from the battery.
  • the aim is to produce the above-mentioned housing, in particular the bearing plate, with walls that are as thin as possible. If the wall thickness of the housing is reduced, however, the tendency of the electric machine to vibrate as a function of the speed increases.
  • reinforcing ribs In order to avoid the occurrence of vibrations, it has already been proposed to provide reinforcing ribs on the end shield.
  • reinforcing ribs of this type require additional installation space, which is not available for every application of the electrical machine.
  • the manufacture of the housing with the reinforcing ribs becomes more complicated and therefore more expensive.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a housing for an electrical machine in which undesired vibrations are avoided without requiring additional installation space.
  • a reinforcing element made of a second material is embedded in the end shield.
  • the invention is based on the knowledge that the different properties of a first material and a second material can be combined in an advantageous manner can be combined to increase the rigidity of a component. Furthermore, the embedding of the reinforcement element in the bearing plate enables the two components to be connected when the bearing plate is cast, so that there is no need for complex assembly of the two components.
  • the first material may have a lower density than the second material.
  • the second material can have a higher modulus of elasticity than the first material. This results in a particularly high rigidity of the end shield, which means that the housing is less susceptible to vibration, especially at low speeds of a rotor of the electrical machine.
  • the housing jacket defines a (virtual) axial axis, along which a first axial direction and an opposite second axial direction run. Starting from the axial axis, a number of radial directions can also be defined, each of which emanates at right angles from the axial axis of the housing casing.
  • the housing shell is preferably formed in one piece with the end shield, that is to say as an integral component. This eliminates the need to assemble the two components.
  • a thickness of the end shield is preferably between 5 and 6 mm, but can also have a different value, for example between 3 and 8 mm.
  • the reinforcing element can surround a bearing bush that is also embedded in the end shield.
  • the reinforcing element, bearing bush and end shield (or the remainder thereof) can be connected to one another in one step, namely when the end shield is cast.
  • the bearing bush contributes to the rigidity of the end shield, which further reduces the tendency of the electric machine to vibrate.
  • the bearing bush embedded in the end shield can be used to mount a rotor of the electrical machine.
  • the reinforcing element surrounding the bearing bush can be spaced apart from the bearing bush.
  • the rigidity of the end shield can be further increased by the reinforcing element being designed in the form of a ring with radially running struts.
  • the struts each run outwards in a radial direction from a central region of the end shield.
  • the ring-shaped reinforcement element can in particular have an inner ring and an outer ring surrounding the inner ring, with the struts connecting the inner ring to the outer ring.
  • the inner ring can, for example, surround the bearing bush integrated in the end shield.
  • the struts asymmetrically and/or at different distances from one another along the inner ring or the outer ring.
  • the asymmetrical arrangement results in less strong excitation of the housing at certain natural frequencies of the rotor.
  • the reinforcement element has a first edge region which protrudes in a first axial direction.
  • the first edge area can be bent or angled in the first axial direction and bring about a further increase in the rigidity of the end shield.
  • a partial area of the first edge area can extend at least approximately perpendicularly to a plane defined by the reinforcement element.
  • the reinforcement element can have a second edge area, which protrudes in a second axial direction opposite to the first axial direction.
  • the second edge region can be bent or angled in the second axial direction and a further increase in the Cause rigidity of the end shield.
  • a partial area of the second edge area can extend at least approximately perpendicularly to the plane defined by the reinforcing element. The partial area of the first edge area and the partial area of the second edge area can thus run parallel to one another.
  • the first edge area can also be located on the inner ring, in particular on the inner edge of the inner ring.
  • the second edge area can be located on the outer ring, in particular on the inner edge of the outer ring, on the inner ring, in particular on the outer edge of the inner ring, and/or on an edge of one of the struts.
  • the first edge area is on the outer ring of the outer ring and the inner edge of the inner ring, with the second edge area being on the inner edge of the outer ring, on the outer edge of the inner ring and on the edges of the struts.
  • the first material can have or consist of an aluminum alloy.
  • the second material can include or consist of a steel alloy. Because of the mix of materials, the case can be described as a "hybrid aluminum case".
  • the invention relates to an electrical machine with a housing of the type described.
  • a stator, a rotor and any other required components can be accommodated in the housing.
  • the invention also relates to a vehicle that can be driven with such an electric machine.
  • the vehicle can also have several such electrical machines, one of the machines being assigned to a wheel or an axle of the vehicle.
  • the invention relates to a method for producing a housing of the type described with the following steps: positioning the reinforcement element made of the second material in a mold and pouring the first material into the mold so that the reinforcement element is surrounded by the first material.
  • a die casting process can be used, although another type of casting process can also be used, for example gravity casting.
  • the reinforcement element used for the method can have been produced, inter alia, by stamping, laser cutting and/or deep drawing.
  • FIG. 1 is a perspective view of a case according to an embodiment of the invention looking at the inside thereof;
  • Fig. 2 is another perspective view of the housing looking at its exterior
  • Figure 3 is an axial view of a reinforcing element of the housing
  • Fig. 4 is a perspective view of the reinforcement member
  • Figure 5 shows a vehicle according to the invention.
  • 1 is a perspective view of a case 1 according to an embodiment of the invention, looking at the inside thereof.
  • the housing 1 belongs to an electric machine with which a vehicle is driven.
  • the pot-shaped housing 1 has a housing shell 2 in the form of a hollow cylinder and a circular or ring-shaped bearing plate 3 which is arranged at a first axial end of the housing shell 2 .
  • the housing shell 2 is formed in one piece with the end shield 3, so that both components form an integral part.
  • the housing shell 2 and most of the end shield 3 are made of a first material, which is an aluminum alloy. However, instead of the aluminum alloy, another material can also be used.
  • the end shield 3 includes, among other things, a bearing bush 5 which is arranged in a central hole in the end shield 3 .
  • the bearing bush 5 is intended for receiving a roller bearing for the first end of a rotor shaft (not shown).
  • the rotor shaft is part of a rotor of the electrical machine that is to be mounted in the housing 1 .
  • the rotor shaft can pass through the bearing bush 5 so that it protrudes from the housing 1 and a gearbox can be attached to it.
  • the bearing bush 5 consists of a second material, which is a steel alloy. It is surrounded by several reinforcing ribs, which extend radially from the bearing bush 5 on the inside of the end shield 3 . Furthermore, in the end shield 3 there are several peripheral holes 6,
  • the housing 1 serves to accommodate a stator (not shown) in which the rotor can rotate.
  • the housing 1 can be closed at its open axial end with a further end shield (not shown), which is referred to as a "cover".
  • the cover can have a further bearing bush for receiving another roller bearing is intended for the second end of the rotor shaft.
  • Fig. 2 is another view of the case 1 looking at its exterior.
  • the outside of the end shield 3 shown in FIG. 2 is planar or flat, which limits the space required by the housing 1.
  • FIG. 3 and 4 show a reinforcing element 8 which has an annular basic shape.
  • Fig. 3 is an axial view and
  • Fig. 4 is a perspective view of the reinforcing member 8.
  • the reinforcing element 8 is ring-shaped with radially running struts 11 .
  • it comprises an inner ring 9 and an outer ring 10 surrounding the inner ring 9 , which are connected to one another by the struts 11 .
  • the reinforcing element 8 is embedded in the end shield 3 in such a way that the inner ring 9 surrounds the bearing bush 5 , the inner ring 9 being spaced apart from the bearing bush 5 .
  • the reinforcement element 8 is embedded in the end shield 3 in such a way that the reinforcement element 8 is almost completely covered by the first material. As a result, the reinforcement element 8 is essentially not visible from the outside.
  • the struts 11 are at least partially arranged irregularly or asymmetrically. As a result, the spaces between adjacent struts 11 differ in width.
  • the outer ring 10 on its outer edge and the inner ring 9 on its inner edge each have a first edge region 12 which extends in a first axial direction, to the left in the illustration of FIG. 4 .
  • the first edge region 12 is angled at right angles with respect to the (virtual) plane defined by the reinforcement element 8 .
  • outer ring 10 on its inner edge, the inner ring 9 on its outer edge and the struts 11 on their edges each have a second edge region 13 which extends in a second axial direction opposite to the first axial direction, to the right in the illustration in FIG. 4 .
  • the second edge region 13 is also angled at right angles with respect to the (virtual) plane defined by the reinforcement element 8 .
  • the two edge areas 12, 13 point in opposite directions.
  • the reinforcing element 8 consists of the second material, which is a steel alloy. However, the reinforcing element 8 can also consist of a different material.
  • the housing 1 is manufactured as follows:
  • the previously separately produced reinforcement element 8 is positioned in a mold.
  • the reinforcing element 8 can be arranged on the bottom of the mold at a defined distance from the bottom. The distance corresponds to the thickness of a layer of the first material which is intended to cover the reinforcement element 8 on its outside.
  • the reinforcing element 8 can be provided with a plurality of pins (not shown in FIG. 3, FIG. 4) on its underside, which support the reinforcing element 8 on the ground.
  • the first material is poured into the mold in the molten state, so that the reinforcing element 8 is surrounded by the liquid first material.
  • a die casting process can be used for this, or another casting process, for example a gravity casting process.
  • the reinforcement element 8 was produced from sheet metal by stamping and/or laser cutting. In addition, the stamped part was deep-drawn, resulting in its three-dimensional shape.
  • the end shield 3 Due to the shape and the material of the embedded reinforcement element 8, the end shield 3 has a high level of rigidity despite its small dimensions. Accordingly, the housing 1 of the electrical machine is characterized by a particularly low tendency to undesired oscillations or vibrations.
  • FIG. 5 shows a vehicle 15 whose drive train includes the electric machine 14 which is equipped with the housing 1 and serves to drive an axle of the vehicle 15 .

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Abstract

Ein Gehäuse (1) für eine elektrische Maschine weist einen hohlzylinderförmigen Gehäusemantel (2) und ein kreisförmiges Lagerschild (3) aus einem ersten Material auf, das an einem axialen Ende des Gehäusemantels (2) angeordnet ist. In dem Lagerschild (3) ist ein Verstärkungselement (8) aus einem zweiten Material eingebettet. Daneben werden eine elektrische Maschine (14) mit einem derartigen Gehäuse (1), ein Fahrzeug (15) mit einer derartigen elektrischen Maschine (14) und ein Verfahren zur Herstellung des Gehäuses (1) beschrieben.

Description

Gehäuse für eine elektrische Maschine mit einem Verstärkungselement
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, mit einem hohlzylinderförmigen Gehäusemantel und einem kreisförmigen Lagerschild aus einem ersten Material, das an einem axialen Ende des Gehäusemantels angeordnet ist.
Das Lagerschild kann beispielsweise als kreisförmiges oder ringförmiges Gussteil hergestellt sein, das den Gehäusemantel in einer Axialrichtung zumindest teilweise verschließt und somit eine Stirnseite des Gehäuses bildet.
Optional kann das Lagerschild eine Lagerbüchse für ein Wälzlager tragen, das die Rotorwelle eines in dem Gehäuse angeordneten Rotors aufnimmt. Insbesondere kann die Rotorwelle durch ein zentrales Loch des Lagerschilds ragen, in dem die Lagerbüchse angeordnet ist. Neben dem Rotor kann in dem Gehäuse ein Stator aufgenommen sein, wobei der Rotor bezüglich des Stators drehbar ist.
Zusätzlich kann ein weiteres Lagerschild vorgesehen sein, welches den Gehäusemantel in der entgegengesetzten Axialrichtung verschließt und ein weiteres Lager des Rotors tragen kann.
Elektrische Maschinen dieser Art werden in zunehmendem Maße in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen verwendet, überwiegend als Elektromotoren für den Antrieb eines Rads oder einer Achse eines solchen Fahrzeugs. Der Elektromotor kann unter anderem als Synchronmotor oder Asynchronmotor ausgebildet sein.
Der Elektromotor ist zumeist mechanisch mit einem Getriebe zur Drehzahlanpassung gekoppelt. Daneben ist der Elektromotor in der Regel elektrisch mit einem Wechselrichter verbunden, der aus einer von einer Batterie gelieferten Gleichspannung eine Wechselspannung für den Betrieb des Elektromotors erzeugt, beispielsweise eine mehrphasige Wechselspannung.
Es ist auch möglich, die elektrische Maschine als Generator zur Rekuperation von Bewegungsenergie eines Fahrzeugs zu betreiben, wobei die Bewegungsenergie zunächst in elektrische Energie und dann in chemische Energie der Batterie umgewandelt wird.
Aus Gründen der Materialersparnis und zur Minimierung des Bauraums wird angestrebt, das oben genannte Gehäuse, insbesondere das Lagerschild, möglichst dünnwandig herzustellen. Wenn die Wandstärke des Gehäuses verringert wird, nimmt allerdings die Neigung der elektrischen Maschine zu drehzahlabhängigen Vibrationen zu.
Um das Auftreten der Vibrationen zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, auf dem Lagerschild Verstärkungsrippen vorzusehen. Allerdings erfordern derartige Verstärkungsrippen zusätzlichen Bauraum, der nicht bei jeder Anwendung der elektrischen Maschine zur Verfügung steht. Darüber hinaus wird die Herstellung des Gehäuses mit den Verstärkungsrippen komplizierter und somit teurer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für eine elektrische Maschine anzugeben, bei der unerwünschte Vibrationen vermieden werden, ohne dass zusätzlicher Bauraum beansprucht wird.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Gehäuse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Lagerschild ein Verstärkungselement aus einem zweiten Material eingebettet ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die unterschiedlichen Eigenschaften eines ersten Materials und eines zweiten Materials in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden können, um die Steifigkeit eines Bauteils zu erhöhen. Ferner ermöglicht das Einbetten des Verstärkungselementes in dem Lagerschild das Verbinden beider Komponenten beim Gießen des Lagerschildes, so dass auf eine aufwändige Montage beider Komponenten verzichtet werden kann.
Das erste Material kann eine geringere Dichte als das zweite Material besitzen. Ferner kann das zweite Material einen höheren Elastizitätsmodul als das erste Material besitzen. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Steifigkeit des Lagerschilds, wodurch das Gehäuse weniger vibrationsanfällig ist, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen eines Rotors der elektrischen Maschine.
Der Gehäusemantel definiert aufgrund seiner Zylindergestalt eine (virtuelle) Axialachse, entlang welcher eine erste Axialrichtung und eine entgegengesetzte zweite Axialrichtung verlaufen. Ausgehend von der Axialachse lassen sich außerdem mehrere Radialrichtungen definieren, die jeweils im rechten Winkel von der Axialachse des Gehäusemantels ausgehen.
Bevorzugt ist der Gehäusemantel mit dem Lagerschild in einem Stück ausgebildet, also als integrales Bauteil. Dadurch kann eine Montage der beiden Komponenten entfallen. Eine Dicke des Lagerschildes liegt bevorzugt zwischen 5 und 6 mm, kann jedoch auch einen anderen Wert annehmen, beispielsweise zwischen 3 und 8 mm.
Ferner kann das Verstärkungselement eine ebenfalls in dem Lagerschild eingebettete Lagerbüchse umgeben. Dadurch lassen sich Verstärkungselement, Lagerbüchse und Lagerschild (beziehungsweise dessen Rest) in einem Schritt miteinander verbinden, nämlich beim Gießen des Lagerschilds. Außerdem trägt die Lagerbüchse zur Steifigkeit des Lagerschildes bei, was die Vibrationsneigung der elektrischen Maschine weiter verringert . Die in dem Lagerschild eingebettete Lagerbüchse kann zur Lagerung eines Rotors der elektrischen Maschine dienen.
Ferner kann das die Lagerbüchse umgebende Verstärkungselement von der Lagerbüchse beabstandet sein.
Die Steifigkeit des Lagerschildes kann weiter erhöht werden, indem das Verstärkungselement ringförmig mit radial verlaufenden Streben ausgebildet wird. Die Streben verlaufen von einem zentralen Bereich des Lagerschildes aus jeweils in eine Radialrichtung nach außen.
Das ringförmige Verstärkungselement kann insbesondere einen Innenring und einen den Innenring umgebenden Außenring aufweisen, wobei die Streben den Innenring mit dem Außenring verbinden. Der Innenring kann zum Beispiel die in dem Lagerschild integrierte Lagerbüchse umgeben.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Streben unsymmetrisch und/oder entlang des Innenrings beziehungsweise des Außenrings in unterschiedlichen Abständen voneinander anzuordnen. Die unsymmetrische Anordnung bewirkt eine weniger starke Anregung des Gehäuses bei bestimmten Eigenfrequenzen des Rotors.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstärkungselement einen ersten Randbereich aufweist, der in eine erste Axialrichtung ragt. Der erste Randbereich kann in die erste Axialrichtung gebogen oder abgewinkelt sein und eine weitere Erhöhung der Steifigkeit des Lagerschildes bewirken. Ein Teilbereich des ersten Randbereiches kann sich zumindest näherungsweise senkrecht zu einer durch das Verstärkungselement definierten Ebene erstrecken.
Zusätzlich kann das Verstärkungselement einen zweiten Randbereich aufweisen, der in eine zu der ersten Axialrichtung entgegengesetzte zweite Axialrichtung ragt. Der zweite Randbereich kann in die zweite Axialrichtung gebogen oder abgewinkelt sein und eine weitere Erhöhung der Steifigkeit des Lagerschildes bewirken. Ein Teilbereich des zweiten Randbereiches kann sich zumindest näherungsweise senkrecht zu der durch das Verstärkungselement definierten Ebene erstrecken. Der Teilbereich des ersten Randbereiches und der Teilbereich des zweiten Randbereich können somit parallel zueinander verlaufen.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Randbereich sich am Außenring, insbesondere am Außenrand des Außenrings befindet. Alternativ dazu oder zusätzlich kann sich der erste Randbereich auch Innenring, insbesondere am Innenrand des Innenrings befinden.
In ähnlicher Weise kann sich der zweite Randbereich am Außenring, insbesondere am Innenrand des Außenrings, am Innenring, insbesondere am Außenrand des Innenrings, und/oder an einem Rand einer der Streben befinden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich der erste Randbereich am Außenring des Außenrings und am Innenrand des Innenrings, wobei sich der zweite Randbereich am Innenrand des Außenrings, am Außenrand des Innenrings und an den Rändern der Streben befindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse kann das erste Material eine Aluminiumlegierung aufweisen beziehungsweise daraus bestehen. Außerdem kann das zweite Material eine Stahllegierung aufweisen beziehungsweise daraus bestehen. Wegen des Materialmix kann das Gehäuse als „hybrides Aluminiumgehäuse" bezeichnet werden.
Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse der beschriebenen Art. In dem Gehäuse können ein Stator, ein Rotor und gegebenenfalls weitere benötigte Bauteile untergebracht sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das mit einer derartigen elektrischen Maschine antreibbar ist. Das Fahrzeug kann auch mehrere derartige elektrische Maschinen aufweisen, wobei eine der Maschinen einem Rad oder einer Achse des Fahrzeugs zugeordnet ist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses der beschriebenen Art mit folgenden Schritten: Positionieren des aus dem zweiten Material hergestellten Verstärkungselements in einer Gussform, und Gießen des ersten Materials in die Gussform, sodass das Verstärkungselement von dem ersten Material umschlossen wird.
Insbesondere kann ein Druckgussverfahren zum Einsatz kommen, wobei eine andere Art von Gussverfahren ebenfalls einsetzbar ist, zum Beispiel Schwerkraftgießen.
Das für das Verfahren verwendete Verstärkungselement kann unter anderem durch eines Stanzen, Laserschneiden und/oder Tiefziehen hergestellt worden sein.
Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Blick auf dessen Inneres;
Fig. 2 eine weitere perspektivische Ansicht des Gehäuses mit Blick auf dessen Äußeres;
Fig. 3 eine axiale Ansicht eines Verstärkungselements des Gehäuses;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Verstärkungselements; und
Fig. 5 ein Fahrzeug gemäß der Erfindung. Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Blick auf dessen Inneres. Das Gehäuse 1 gehört zu einer elektrischen Maschine, mit der ein Fahrzeug angetrieben wird.
Das topfförmige Gehäuse 1 weist einen hohlzylinderförmigen Gehäusemantel 2 und ein kreisförmiges beziehungsweise ringförmiges Lagerschild 3 auf, das an einem ersten axialen Ende des Gehäusemantels 2 angeordnet ist. Der Gehäusemantel 2 ist mit dem Lagerschild 3 in einem Stück ausgebildet, so dass beide Komponenten ein integrales Bauteil bilden.
Der Gehäusemantel 2 und der größte Teil des Lagerschildes 3 bestehen aus einem ersten Material, bei dem es sich um eine Aluminiumlegierung handelt. Anstelle der Aluminiumlegierung kann jedoch auch ein anderes Material verwendet werden.
Das Lagerschild 3 umfasst unter anderem eine Lagerbüchse 5, die in einem zentralen Loch des Lagerschildes 3 angeordnet ist. Die Lagerbüchse 5 ist zum Aufnehmen eines Wälzlagers für das erste Ende einer Rotorwelle (nicht gezeigt) bestimmt. Die Rotorwelle gehört zu einem Rotor der elektrischen Maschine, der in dem Gehäuse 1 montiert werden soll. Die Rotorwelle kann durch die Lagerbüchse 5 hindurchführen, so dass sie aus dem Gehäuse 1 herausragt und ein Getriebe daran befestigt werden kann.
Die Lagerbüchse 5 besteht aus einem zweiten Material, bei dem es sich um eine Stahllegierung handelt. Sie ist von mehreren Verstärkungsrippen umgeben, die sich an der Innenseite des Lagerschildes 3 von der Lagerbüchse 5 aus radial erstrecken. Ferner sind in dem Lagerschild 3 mehrere periphere Löcher 6,
7 vorgesehen, durch die Kabel in das Gehäuse 1 eingeführt werden können. Optional kann jedoch auf solche Löcher verzichtet werden.
Das Gehäuse 1 dient neben der Aufnahme des Rotors zur Aufnahme eines Stators (nicht gezeigt), in dem der Rotor drehbar ist. Nach dem Anordnen des Rotors und des Stators in dem Gehäuse kann das Gehäuse 1 an seinem offenen axialen Ende mit einem weiteren Lagerschild (nicht gezeigt) verschlossen werden, das als „Deckel" bezeichnet wird. Der Deckel kann eine weitere Lagerbüchse aufweisen, die zum Aufnehmen eines weiteren Wälzlagers für das zweite Ende der Rotorwelle bestimmt ist.
An dem offenen Ende des Gehäuses 1 befinden sich mehrere über den Umfang verteilte radial nach außen abstehende Ösen 4 zur Befestigung des Deckels.
Fig. 2 ist eine weitere Ansicht des Gehäuses 1 mit Blick auf dessen Äußeres. Die in Figur 2 gezeigte Außenseite des Lagerschildes 3 ist plan beziehungsweise eben ausgebildet, was den von dem Gehäuse 1 beanspruchten Bauraum beschränkt.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Verstärkungselement 8, das eine ringförmige Grundform aufweist. Fig. 3 ist eine axiale Ansicht und Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Verstärkungselementes 8.
Das Verstärkungselement 8 ist ringförmig mit radial verlaufenden Streben 11 ausgebildet. Es umfasst insbesondere einen Innenring 9 und einen den Innenring 9 umgebenden Außenring 10, die mit den Streben 11 miteinander verbunden sind. Das Verstärkungselement 8 ist derart in dem Lagerschild 3 eingebettet, dass der Innenring 9 die Lagerbüchse 5 umgibt, wobei der Innenring 9 von der Lagerbüchse 5 beabstandet ist. Ferner ist das Verstärkungselement 8 derart in dem Lagerschild 3 eingebettet, dass das Verstärkungselement 8 nahezu vollständig von dem ersten Material bedeckt ist. Dadurch ist das Verstärkungselement 8 von außen im Wesentlichen nicht sichtbar.
Die Streben 11 sind zumindest teilweise unregelmäßig bzw. unsymmetrisch angeordnet. Dadurch unterscheiden sich die Zwischenräume zwischen benachbarten Streben 11 in ihrer Breite.
In der perspektivischen Ansicht von Fig. 4 erkennt man, dass der Außenring 10 an seinem Außenrand und der Innenring 9 an seinem Innenrand jeweils einen ersten Randbereich 12 aufweisen, der sich in eine erste Axialrichtung erstreckt, in der Darstellung von Fig. 4 nach links. Der erste Randbereich 12 ist bezogen auf die durch das Verstärkungselement 8 definierte (virtuelle) Ebene rechtwinklig abgewinkelt.
Zusätzlich weisen der Außenring 10 an seinem Innenrand, der Innenring 9 an seinem Außenrand und die Streben 11 an ihren Rändern jeweils einen zweiten Randbereich 13 auf, der sich in eine der ersten Axialrichtung entgegengesetzte zweite Axialrichtung erstreckt, in der Darstellung von Fig. 4 nach rechts. Der zweite Randbereich 13 ist bezogen auf die durch das Verstärkungselement 8 definierte (virtuelle) Ebene ebenfalls rechtwinklig abgewinkelt.
Dementsprechend weisen die beiden Randbereiche 12, 13 in entgegengesetzte Richtungen. Insbesondere ist eine durch zwei benachbarte Streben 11, den Innenring 9 und den Außenring 10 begrenzte Aussparung des Verstärkungselements 8 vollständig von dem zweiten Randbereich 13 umgeben.
Das Verstärkungselement 8 besteht wie die Lagerbüchse 5 aus dem zweiten Material, bei dem es sich um eine Stahllegierung handelt. Das Verstärkungselement 8 kann jedoch auch aus einem anderen Material bestehen.
Das Gehäuse 1 wird wie folgt hergestellt:
Bei einem ersten Verfahrensschritt wird das vorher separat hergestellte Verstärkungselement 8 in einer Gussform positioniert. Dazu kann das Verstärkungselement 8 am Boden der Gussform in einem definierten Abstand von dem Boden angeordnet werden. Der Abstand entspricht der Dicke einer Schicht des ersten Materials, die das Verstärkungselement 8 auf seiner Außenseite bedecken soll.
Um den Abstand herzustellen, kann das Verstärkungselement 8 an seiner Unterseite mit mehreren Stiften (in Fig. 3, Fig. 4 nicht gezeigt) versehen sein, die das Verstärkungselement 8 auf dem Boden abstützen.
Bei einem zweiten Verfahrensschritt wird das erste Material im geschmolzenen Zustand in die Gussform eingegossen, sodass das Verstärkungselement 8 von dem flüssigen ersten Material umschlossen wird. Hierfür kann ein Druckgussverfahren eingesetzt werden, oder ein anderes Gussverfahren, zum Beispiel ein Schwerkraftgussverfahren.
Nach dem Abkühlen kann das Gehäuse 1 aus der Gussform entnommen werden. Das Verstärkungselement 8 wurde aus einem Blech durch Stanzen und/oder Laserschneiden hergestellt. Außerdem wurde das Stanzteil tiefgezogen, wodurch sich seine dreidimensionale Form ergibt.
Aufgrund der Form und des Materials des eingebetteten Verstärkungselementes 8 besitzt das Lagerschild 3 trotz geringer Abmessungen eine hohe Steifigkeit. Dementsprechend zeichnet sich das Gehäuse 1 der elektrischen Maschine durch eine besonders geringe Neigung zu unerwünschten Schwingungen beziehungsweise Vibrationen aus.
Fig. 5 zeigt ein Fahrzeug 15, dessen Antriebsstrang die mit dem Gehäuse 1 ausgestattete elektrische Maschine 14 umfasst, welche zum Antrieb einer Achse des Fahrzeugs 15 dient.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Gehäusemantel 3 Lagerschild
4 Öse
5 Lagerbüchse
6 Öffnung 7 Öffnung 8 Verstärkungselement
9 Innenring
10 Außenring 11 Strebe 12 erster Randbereich 13 zweiter Randbereich
14 elektrische Maschine
15 Fahrzeug

Claims

Patentansprüche
1. Gehäuse (1) für eine elektrische Maschine, mit
- einem hohlzylinderförmigen Gehäusemantel (2) und
- einem kreisförmigen Lagerschild (3) aus einem ersten Material, das an einem axialen Ende des Gehäusemantels (2) angeordnet ist, wobei in dem Lagerschild (3) ein Verstärkungselement (8) aus einem zweiten Material eingebettet ist.
2. Gehäuse (1) nach Anspruch 1, wobei der Gehäusemantel (2) mit dem Lagerschild (3) in einem Stück ausgebildet ist.
3. Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verstärkungselement (8) eine in dem Lagerschild (3) eingebettete Lagerbüchse (5) umgibt.
4. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungselement (8) ringförmig mit radial verlaufenden Streben (11) ausgebildet ist.
5. Gehäuse (1) nach Anspruch 4, wobei das Verstärkungselement (8) einen Innenring (9) und einen den Innenring (9) umgebenden Außenring (10) aufweist, wobei die Streben (11) den Innenring (9) mit dem Außenring (10) verbinden.
6. Gehäuse (1) nach Anspruch 5, wobei die Streben (11) unsymmetrisch und/oder entlang dem Innenring (9) in unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sind.
7. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungselement (8) einen ersten Randbereich (12) aufweist, der in eine erste Axialrichtung ragt.
8. Gehäuse (1) nach Anspruch 7, wobei das Verstärkungselement (8) einen zweiten Randbereich (13) aufweist, der in eine der ersten Axialrichtung entgegengesetzte zweite Axialrichtung ragt.
9. Gehäuse (1) nach den Ansprüchen 5 und 7, wobei der erste Randbereich (12) am Außenrand des Außenrings (10) und/oder am Innenrand des Innenrings (9) angeordnet ist.
10. Gehäuse (1) nach den Ansprüchen 8 und 9, wobei der zweite Randbereich (13) am Innenrand des Außenrings (10), am Außenrand des Innenrings (9) und/oder an einem Rand einer der Streben (11) angeordnet ist.
11. Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material eine Aluminiumlegierung aufweist und/oder das zweite Material eine Stahllegierung aufweist.
12. Elektrische Maschine (14) mit einem Gehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Fahrzeug (15), das mit einer elektrischen Maschine (14) nach Anspruch 12 angetrieben wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den Schritten:
- Positionieren des Verstärkungselements (8) in einer Gussform,
- Gießen des ersten Materials in die Gussform, so dass das Verstärkungselement (8) von dem ersten Material umschlossen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verstärkungselement (8) mittels Stanzen, Laserschneiden und/oder Tiefziehen eines Bleches hergestellt wird.
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