WO2023078800A1 - Stator with a reinforcing ring and electrical drive train with the stator - Google Patents

Stator with a reinforcing ring and electrical drive train with the stator Download PDF

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WO2023078800A1
WO2023078800A1 PCT/EP2022/080257 EP2022080257W WO2023078800A1 WO 2023078800 A1 WO2023078800 A1 WO 2023078800A1 EP 2022080257 W EP2022080257 W EP 2022080257W WO 2023078800 A1 WO2023078800 A1 WO 2023078800A1
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Matthias Cudok
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators

Abstract

The invention relates to a stator (4) for an electric machine (2) comprising a stator core (8), wherein the stator core (8) has a ring-shaped stator yoke (9), on which a plurality of radially protruding stator teeth (10) are arranged on one radial side in the circumferential direction and multiple securing sections (12) for securing the end-side of the stator (4) to a housing (7) are arranged on the other radial side. A first end side of the stator core (8) forms a securing side (25) for axially securing the stator (4) to the housing (7) and a second axial end side forms an outer side (26) of the stator (4). The stator (4) also comprises a reinforcing ring (15) for reinforcing the stator core (8), wherein the reinforcing ring (15) is mounted on the outer side (26), circumferentially on the stator yoke (9).

Description

Stator mit einem Versteifunqsrinq sowie elektrischer Antriebsstranq mit dem Stator Stator with a stiffening ring and electric drive train with the stator
Die Erfindung betrifft einen Stator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine mit dem Stator. The invention relates to a stator with the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to an electric drive train with an electric machine with the stator.
Elektrische Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren, umfassen einen als Stator ausgebildeten feststehenden Teil und einen als Rotor ausgebildeten rotierenden Teil. Zur Erzeugung einer Drehbewegung des Rotors werden in der Regel im Rotor und/oder im Stator örtlich und zeitlich ändernde Magnetfelder erzeugt. Das Rotordrehmoment erzeugt im Stator, genauer in dessen die Wicklung tragenden Blechpaket ein entsprechendes Gegenmoment gleichen Betrages, welches über einen das Statorblechpaket aufnehmenden Statorträger abgestützt werden muss. Electrical machines, such as electric motors or generators, comprise a stationary part designed as a stator and a rotating part designed as a rotor. Magnetic fields that change locally and over time are generally generated in the rotor and/or in the stator to generate a rotational movement of the rotor. The rotor torque generates a corresponding counter-torque of the same amount in the stator, more precisely in its laminated core carrying the winding, which must be supported by a stator carrier receiving the stator laminated core.
Die Druckschrift JP 2013 215 056 A offenbart eine Stator-Kühlstruktur mit mindestens einem zylindrischen Statorkern und mit einem Haltezylinder, welcher einen zylindrischen Körper mit einer Bodenfläche an einem axialen Ende aufweist, wobei der Statorkern so in den Haltezylinder eingesetzt ist, dass eine Endfläche auf einer Seite des Statorkerns in axialer Richtung in Kontakt mit der Bodenfläche steht. Weiterhin weist die Stator-Kühlstruktur ein Anpressteil auf, welches mit einer Endfläche auf einer anderen Seite des Statorkerns in axialer Richtung in Kontakt steht und zusammen mit dem Haltezylinder an einem Gehäuse befestigt ist, um den Statorkern in der axialen Richtung zu fixieren. Zudem umfasst die Stator-Kühlstruktur Kühlkanäle, die zwischen dem Haltezylinder oder einer inneren Umfangsfläche des Druckelements und einer äußeren Umfangsfläche das Statorkerns ausgebildet sind. Document JP 2013 215 056 A discloses a stator cooling structure having at least one cylindrical stator core and a holding cylinder having a cylindrical body with a bottom surface at an axial end, the stator core being inserted into the holding cylinder so that an end surface rests on a side of the stator core is in contact with the bottom surface in the axial direction. Furthermore, the stator cooling structure has a pressing part which is in contact with an end face on another side of the stator core in the axial direction and is fixed to a housing together with the holding cylinder to fix the stator core in the axial direction. In addition, the stator cooling structure includes cooling passages formed between the support cylinder or an inner peripheral surface of the pressing member and an outer peripheral surface of the stator core.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Stator der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch ein verbessertes Betriebsverhalten auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch einen Stator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen elektrischen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. In den Unteransprüchen, der Beschreibung mit den Figuren sind weitere Merkmale und Vorteile sowie Wirkungen der Erfindung beschrieben. The object of the invention is to create a stator of the type mentioned at the outset, which is characterized by improved operating behavior. This object is achieved by a stator having the features of claim 1 and by an electric drive train having the features of claim 15. Further features and advantages as well as effects of the invention are described in the dependent claims, the description with the figures.
Gegenstand der Erfindung ist ein Stator, welcher für eine elektrische Maschine ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die elektrische Maschine als ein Innenläufer ausgebildet, wobei ein Rotor radial innerhalb des Stators angeordnet ist. Alternativ kann die elektrische Maschine jedoch auch als ein Außenläufer ausgebildet sein, wobei ein Rotor radial außerhalb des Stators angeordnet ist. The subject matter of the invention is a stator which is designed and/or suitable for an electrical machine. In particular, the electrical machine is designed as an internal rotor, with a rotor being arranged radially inside the stator. Alternatively, however, the electrical machine can also be designed as an external rotor, with a rotor being arranged radially outside of the stator.
Der Stator weist einen Statorkern mit einem ringförmigen Statorjoch auf, an dem in Umfangsrichtung eine Mehrzahl radial abstehender Statorzähne angeordnet sind. Insbesondere weist der Statorkern bei einer Ausführung als Innenläufer mehrere radial nach innen gerichtete Statorzähne auf. Alternativ weist das Statorkern bei einer Ausführung als Außenläufer entsprechend mehrere radial nach außen gerichtete Statorzähne auf. Vorzugsweise sind die Statorzähne in einer bestimmungsgemäßen Einbausituation jeweils durch eine Statorwicklung umwickelt. The stator has a stator core with an annular stator yoke, on which a plurality of radially projecting stator teeth are arranged in the circumferential direction. In particular, in the case of an embodiment as an internal rotor, the stator core has a plurality of stator teeth directed radially inwards. Alternatively, in the case of an embodiment as an external rotor, the stator core accordingly has a plurality of stator teeth directed radially outwards. In an intended installation situation, the stator teeth are preferably each wound around by a stator winding.
Ferner sind an dem Statorjoch auf einer den Statorzähnen radial abgewandten Seite mehrere, vorzugsweise mehr als zwei, im Speziellen mehr als vier Befestigungsabschnitte angeordnet, welche zur axialen Befestigung des Stators an einem Gehäuse ausgebildet und/oder geeignet sind. Anders formuliert, ist der Statorkern über die Befestigungsabschnitte stirnseitig an dem Gehäuse befestigbar. Insbesondere ist der Statorkern über die Befestigungsabschnitte drehfest, insbesondere drehmomentübertragend, an dem Gehäuse befestigt und/oder befestigbar. Besonders bevorzugt ist der Statorkern über die Befestigungsabschnitte kraftschlüssig, vorzugsweise über eine Schraubenverbindung, an dem Gehäuse montiert. Das Gehäuse kann als ein Motorgehäuse oder ein Getriebegehäuse, insbesondere Getriebeglocke, eines elektrischen Antriebsstrangs ausgebildet sein. Der Statorkern weist eine erste und eine zweite axiale Stirnseite auf. Die erste Stirnseite bildet eine Befestigungsseite zur axialen Befestigung des Stators an dem Gehäuse und die zweite Stirnseite bildet eine der Befestigungsseite abgewandte Außenseite des Stators. Insbesondere sind die beiden Stirnseiten in Bezug auf eine Hauptachse des Stators, vorzugsweise eine Hauptachse der elektrischen Maschine, zu verstehen. Im Speziellen erstreckt sich die erste axiale Stirnseite in einer ersten Radialebene der Hauptdrehachse und die zweite axiale Stirnseite in einer zweiten Radialebene der Hauptachse. Furthermore, several, preferably more than two, in particular more than four fastening sections are arranged on the stator yoke on a side radially facing away from the stator teeth, which are designed and/or suitable for the axial fastening of the stator to a housing. In other words, the stator core can be fastened to the front side of the housing via the fastening sections. In particular, the stator core is and/or can be fastened to the housing in a rotationally fixed manner, in particular in a torque-transmitting manner, via the fastening sections. The stator core is particularly preferably non-positively mounted on the housing via the fastening sections, preferably via a screw connection. The housing can be designed as a motor housing or a transmission housing, in particular a transmission bell housing, of an electric drive train. The stator core has first and second axial faces. The first end face forms a fastening side for the axial fastening of the stator to the housing and the second end face forms an outer side of the stator facing away from the fastening side. In particular, the two end faces are to be understood in relation to a main axis of the stator, preferably a main axis of the electrical machine. Specifically, the first axial face extends in a first radial plane of the main axis of rotation and the second axial face extends in a second radial plane of the main axis.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Stator einen Versteifungsring aufweist, welcher zur Versteifung des Statorkerns auf der Außenseite umfangsseitig an dem Statorjoch montiert ist. Insbesondere ist mittels des Versteifungsrings eine Versteifung des Statorjochs auf der zweiten axialen Stirnseite bzw. der Außenseite realisiert. Der Statorkern ist in sich elastisch und kann sich, z.B. aufgrund einwirkender Magnetkräfte, in einer Vielzahl unterschiedlicher Eigenmoden verformen, wobei der Versteifungsring das Statorjoch, insbesondere in radialer Richtung, und somit den gesamten Statorkern derart versteift, dass eine Ausbildung von Schwingungsmoden, insbesondere auf der Außenseite, reduziert wird. Vorzugsweise ist der Versteifungsring bei einer Ausführung als Innenläufer am Außenumfang des Statorjochs und bei einer Ausführung als Außenläufer am Innenumfang des Statorjochs abgestützt. In the context of the invention, it is proposed that the stator has a stiffening ring, which is mounted on the outside of the stator yoke on the peripheral side to stiffen the stator core. In particular, the stiffening ring is used to stiffen the stator yoke on the second axial end face or the outside. The stator core is inherently elastic and can deform in a large number of different natural modes, e.g. due to magnetic forces acting on it, with the stiffening ring stiffening the stator yoke, particularly in the radial direction, and thus the entire stator core, in such a way that vibration modes, particularly on the outside, is reduced. The stiffening ring is preferably supported on the outer circumference of the stator yoke in an embodiment as an internal rotor and on the inner circumference of the stator yoke in an embodiment as an external rotor.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich in einem Betrieb der elektrischen Maschine aus den geometrischen Gegebenheiten des Stators Eigenmoden ergeben, die in Form und Eigenfrequenz variieren können. Liegen diese Eigenfrequenzen in einem anregungsrelevanten Frequenzbereich der Antriebkomponenten, wie beispielsweise der elektrischen Maschine oder der Verzahnungskomponenten des Getriebes, kann es zu Resonanzereignisse mit entsprechenden akustischen Auffälligkeiten im Antriebsstrang kommen, welche sich nachteilig beispielsweise in einer erhöhten Geräuschentwicklung sowie einer zusätzlichen Belastung und damit einhergehender Verschleiß der mit dem Stator in Verbindung stehenden Komponenten auswirkt. Durch die Versteifung des Statorkerns können somit aus der (Eigen-)Schwingung resultierende hohe Anregungskräfte an den Befestigungsstellen des Statorkerns unterbunden werden und somit die akustischen Auffälligkeiten deutlich reduziert werden. Es wird somit ein Stator vorgeschlagen, welcher sich durch ein verbessertes Betriebsverhalten, insbesondere einen geräuscharmen Betrieb, auszeichnet. The invention is based on the finding that during operation of the electrical machine, the geometric conditions of the stator result in natural modes that can vary in shape and natural frequency. If these natural frequencies are in an excitation-relevant frequency range of the drive components, such as the electric machine or the gearing components of the transmission, resonance events with corresponding acoustic abnormalities can occur in the drive train, which have the disadvantage, for example, of increased noise development and additional loading and the associated wear of the components connected to the stator. By stiffening the stator core, high excitation forces resulting from the (natural) vibration can be suppressed at the fastening points of the stator core and the acoustic abnormalities can thus be significantly reduced. A stator is thus proposed which is distinguished by improved operating behavior, in particular low-noise operation.
In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Versteifungsring in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Statorjoch abgestützt ist. Insbesondere bewirkt der Versteifungsring eine Kraft, insbesondere in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung, auf das Statorjoch, so dass eine Schwingung des Statorkerns gedämpft und/oder eine Eigenfrequenz der Eigenschwingung des Statorkerns gezielt in einen Frequenzbereich verschoben, insbesondere erhöht, ist, in welchem eine Schwingungsanregung nicht zu erwarten ist. Insbesondere wirkt die Kraft entgegen der auftretenden Schwingungen (Eigenmoden) an der Außenseite des Statorkerns. Somit kann der Körperschall des Statorkerns, der beispielsweise durch die in der elektrischen Maschine wirkenden Magnetkräfte auftreten kann, von dem Antriebsstrang bzw. den Befestigungsabschnitten zumindest teilweise entkoppelt bzw. gedämpft werden. Auf diese Weise wird die Akustik des Elektromotors verbessert und ein aufgrund der Schwingung auftretender Verschleiß verhindert. In a specific embodiment, it is provided that the stiffening ring is supported in a form-fitting and/or force-fitting manner on the stator yoke in the radial direction and/or in the circumferential direction. In particular, the stiffening ring causes a force, in particular in the radial direction and/or in the circumferential direction, on the stator yoke, so that a vibration of the stator core is damped and/or a natural frequency of the natural vibration of the stator core is specifically shifted, in particular increased, into a frequency range in which vibration excitation is not to be expected. In particular, the force counteracts the vibrations (natural modes) that occur on the outside of the stator core. The structure-borne noise of the stator core, which can occur, for example, as a result of the magnetic forces acting in the electric machine, can thus be at least partially decoupled or dampened from the drive train or the fastening sections. In this way, the acoustics of the electric motor are improved and wear that occurs as a result of the vibration is prevented.
In einer konkreten konstruktiven Umsetzung ist vorgesehen, dass das Statorjoch umfangsseitig, insbesondere auf der den Statorzähnen abgewandten radialen Seite, zumindest abschnittsweise eine Verzahnungsgeometrie aufweist, an welcher der Versteifungsring zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere der Eigenschwingungen des Statorkerns, in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung in mehreren Kontaktbereichen federnd an der Verzahnungsgeometrie abgestützt ist. Insbesondere ist der Versteifungsring in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung spielfrei und/oder unter einer Einwirkung einer Federkraft in den Kontaktbereichen an der Verzahnungsgeometrie abgestützt. Insbesondere wirkt die Federkraft bei einer Schwingung des Statorkerns als die auf das Statorjoch wirkende Kraft, um die Schwingungen des Statorkerns zu dämpfen. Vorzugsweise ist der Versteifungsring hierzu zumindest in den Kontaktbereichen federelastisch verformbar ausgebildet. Der Versteifungsring kann aus einem federelastischen Material, z.B. Federstahl, und/oder geometrisch als ein Federelement ausgebildet sein. Die Verzahnungsgeometrie ist vorzugsweise durch mehrere in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse verlaufende Nuten und/oder Stege gebildet. Die Verzahnungsgeometrie kann in Umfangsrichtung abschnittsweise zwischen den Befestigungsabschnitten ausgebildet sein. Alternativ kann die Verzahnungsgeometrie jedoch auch am gesamten Umfang ausgebildet sein. Es wird somit ein Versteifungsring vorgeschlagen, welcher aufgrund der federnden Abstützung ein Aufschwingen des Stators durch eine Federfunktion verhindert. In a specific constructive implementation, it is provided that the stator yoke has a toothing geometry at least in sections on the circumference, in particular on the radial side facing away from the stator teeth, on which the stiffening ring for damping vibrations, in particular the natural vibrations of the stator core, in the circumferential direction and/or in the radial direction Direction is resiliently supported in several contact areas on the gear geometry. In particular, the stiffening ring is supported in the circumferential direction and/or in the radial direction without play and/or under the action of a spring force in the contact areas on the toothing geometry. In particular, when the stator core vibrates, the spring force acts as the force acting on the stator yoke to dampen the vibration of the stator core. For this purpose, the stiffening ring is preferably designed to be resiliently deformable, at least in the contact areas. The The stiffening ring can be made of a resilient material, eg spring steel, and/or can be designed geometrically as a spring element. The toothing geometry is preferably formed by a plurality of grooves and/or webs running in the axial direction in relation to the main axis. The toothing geometry can be formed in sections between the fastening sections in the circumferential direction. Alternatively, however, the toothing geometry can also be formed over the entire circumference. A stiffening ring is thus proposed which, due to the resilient support, prevents the stator from oscillating by means of a spring function.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass zwischen der Verzahnungsgeometrie und dem Versteifungsring zumindest in den Kontaktbereichen eine Elastomerschicht angeordnet ist. Insbesondere kann der Versteifungsring durch die Elastomerschicht die Funktion eines Dämpferelements übernehmen, wodurch eine genaue Abstimmung auf die zu dämpfende Frequenz umgesetzt werden kann. Vorzugsweise ist die Elastomerschicht elastisch verformbar, wobei eine Schwingungsdämpfung aufgrund einer elastischen Verformung der Elastomerschicht und ggf. einer federelastischen Verformung des Versteifungsrings umgesetzt wird. Die Elastomerschicht kann wahlweise vollflächig oder partiell bzw. bereichsweise, insbesondere in den Kontaktbereichen an dem Versteifungsring und/oder der Verzahnungsgeometrie angeordnet sein. Insbesondere ist die Elastomerschicht in mindestens einem, mehreren oder in allen Kontaktbereichen angeordnet. Beispielsweise ist die Elastomerschicht durch eine Gummierung oder ein elastisches Einlegeteil gebildet. Weithin können durch die Elastomerschicht Toleranzen ausgeglichen werden, um eine spielfreie Montage des Versteifungsrings an dem Statorjoch sicherzustellen. In a further specification it is provided that an elastomer layer is arranged between the toothing geometry and the stiffening ring at least in the contact areas. In particular, the stiffening ring can take on the function of a damping element through the elastomer layer, as a result of which precise tuning to the frequency to be damped can be implemented. The elastomeric layer is preferably elastically deformable, vibration damping being implemented as a result of an elastic deformation of the elastomeric layer and possibly a resilient deformation of the stiffening ring. The elastomer layer can optionally be arranged over the entire surface or partially or in certain areas, in particular in the contact areas on the stiffening ring and/or the toothing geometry. In particular, the elastomer layer is arranged in at least one, several or in all contact areas. For example, the elastomer layer is formed by a rubber coating or an elastic insert. To a large extent, tolerances can be compensated for by the elastomer layer in order to ensure a play-free assembly of the stiffening ring on the stator yoke.
In einer weiteren konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass der Versteifungsring zumindest in ein oder mehreren Anbindungsbereichen stoffschlüssig mit dem Statorkern verbunden ist. Insbesondere kann durch die Anbindungsbereiche ein Schwingungsknoten für die Eigenschwingungen des Statorkerns gebildet werden. Vorzugsweise ist in Umfangsrichtung betrachtet jeweils zwischen zwei Befestigungsabschnitten mindestens oder genau ein Anbindungsbereich vorgesehen. Insbesondere ist der Versteifungsring in den Anbindungsbereichen mit dem Statorkern verschweißt. Durch die stoffschlüssige Anbindung des Versteifungsringes kann somit eine gezielte Abstimmung der Eigenschwingung und/oder Eigenfrequenz des Statorkerns erfolgen. In a further specific embodiment it is provided that the stiffening ring is materially connected to the stator core at least in one or more connection areas. In particular, a vibration node for the natural vibrations of the stator core can be formed by the connection areas. Viewed in the circumferential direction, at least or exactly one connection area is preferably provided between each two fastening sections. In particular, the stiffening ring is welded to the stator core in the connection areas. Through the integral connection of the stiffening ring can thus be a targeted tuning of the natural vibration and / or natural frequency of the stator core.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Versteifungsring in radialer Richtung mit einem Abstand zu einem Kopfkreisdurchmesser und/oder Fußkreisdurchmesser der Verzahnungsgeometrie angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ist der Versteifungsring derart ausgebildet, dass dieser ausschließlich an den Zahnflanken der Verzahnungsgeometrie abgestützt ist. Insbesondere ist zwischen Kopfkreisdurchmesser und/oder dem Fußkreisdurchmesser jeweils ein Luftspalt gebildet, welcher in Umfangsrichtung durch die Kontaktbereiche begrenzt ist. Dadurch kann eine federelastische Verformung des Versteifungsrings außerhalb der Kontaktbereiche realisiert werden, sodass eine Federfunktion des Versteifungsrings in radialer Richtung und in Umfangsrichtung gewährleistet wird. In a further development it is provided that the stiffening ring is arranged in the radial direction at a distance from a tip circle diameter and/or root circle diameter of the toothing geometry. In other words, the stiffening ring is designed in such a way that it is supported exclusively on the tooth flanks of the toothing geometry. In particular, an air gap is formed between the tip circle diameter and/or the root circle diameter, which is delimited in the circumferential direction by the contact areas. As a result, a spring-elastic deformation of the stiffening ring can be realized outside the contact areas, so that a spring function of the stiffening ring is ensured in the radial direction and in the circumferential direction.
In einer konstruktiven Umsetzung ist der Versteifungsring als ein wellenförmiger Blechring ausgebildet ist, welcher formschlüssig mit der Verzahnungsgeometrie zusammenwirkt. Insbesondere ist der Blechring ausgebildet, in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung einen Formschluss zu der Verzahnungsgeometrie auszubilden, wobei der Formschluss vorzugsweise durch ein axiales Fügen von Statorkern und Versteifungsring erzeugt wird. Vorzugsweise weist der Blechring eine zu der Verzahnungsgeometrie komplementäre Wellenform auf. Insbesondere wirkt der Blechring über die Wellenform und die Blechdicke als Federelement und kann somit auf die Schwingungen des Statorkerns Einfluss nehmen. In a constructive implementation, the stiffening ring is designed as a wavy sheet metal ring, which interacts with the toothing geometry in a form-fitting manner. In particular, the sheet metal ring is designed to form a form fit with the toothing geometry in the radial direction and/or in the circumferential direction, with the form fit preferably being produced by axially joining the stator core and reinforcing ring. The sheet metal ring preferably has a corrugated shape which is complementary to the toothing geometry. In particular, the sheet metal ring acts as a spring element via the corrugated shape and the sheet metal thickness and can therefore influence the vibrations of the stator core.
In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der wellenförmige Blechring in einem Querschnitt betrachtet abwechselnd angeordnete Zahnlückenabschnitte und Zahnkopfabschnitte aufweist, welche zur Bildung der Wellenform jeweils über einen Radius aneinander anschließen bzw. miteinander verbunden sind. Der Versteifungsring ist dabei über die Radien in den Kontaktbereichen an den Zahnflanken der Verzahnungsgeometrie federnd abgestützt ist. Insbesondere sind die Zahnlückenabschnitte durch radial in die Zahnlücken der Verzahnungsgeometrie eingeformte Vertiefungen und/oder die Zahnkopfabschnitte durch radial die Zähne der Verzahnungsgeometrie aufnehmende Erhebungen gebildet. Die Zahnlückenabschnitte sind zu dem Fußkreisdurchmesser und die Zahnkopfabschnitte zu dem Kopfkreisdurchmesser zur Bildung des radialen Abstandes beabstandet angeordnet. Vorzugsweise ist der Blechring umformtechnisch herstellt. Es wird somit ein Versteifungsring vorgeschlagen, welcher sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung auszeichnet. In a further specific embodiment, it is provided that the corrugated sheet metal ring, viewed in a cross section, has alternately arranged tooth gap sections and tooth tip sections, which adjoin or are connected to one another via a radius to form the corrugated shape. The stiffening ring is resiliently supported via the radii in the contact areas on the tooth flanks of the toothing geometry. In particular, the tooth space sections are formed by depressions formed radially into the tooth spaces of the toothing geometry and/or the tooth head sections are formed by elevations radially receiving the teeth of the toothing geometry. The tooth gap sections are spaced from the root circle diameter and the tooth tip sections from the addendum circle diameter to form the radial distance. The sheet metal ring is preferably produced by forming. A stiffening ring is thus proposed which is characterized by particularly simple and cost-effective production.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Versteifungsring einen umlaufenden Bundabschnitt aufweist, wobei der Versteifungsring über den Bundabschnitt in axialer Richtung an der Außenseite des Statorkerns abgestützt ist. Insbesondere bildet der Bundabschnitt einen axialen Anschlag für den Versteifungsring bei einer Montage. Der Bundabschnitt erstreckt sich vorzugsweise in einer Radialebene der Hauptachse und/oder parallel zur ersten axialen Stirnseite bzw. der Außenseite des Statorkerns. Im Speziellen dient der Bundabschnitt zur Erhöhung der Steifigkeit des Versteifungsrings. Somit kann durch die Wahl bzw. Ausgestaltung des Bundabschnitts gezielt Einfluss auf die Steifigkeit des Statorkerns genommen werden. In a further embodiment, it is provided that the stiffening ring has a circumferential collar section, the stiffening ring being supported in the axial direction on the outside of the stator core via the collar section. In particular, the collar section forms an axial stop for the stiffening ring during assembly. The collar section preferably extends in a radial plane of the main axis and/or parallel to the first axial end face or the outside of the stator core. In particular, the collar section serves to increase the rigidity of the stiffening ring. It is thus possible to influence the rigidity of the stator core in a targeted manner by selecting or designing the collar section.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Befestigungsabschnitte jeweils eine Schraubmittelaufnahme zur Aufnahme eines Schraubmittels und der Versteifungsring je Schraubmittelaufnahme jeweils eine Durchführungsöffnung zur Durchführung des jeweiligen Schraubmittels aufweist. Insbesondere sind die Schraubmittelaufnahmen als axial in Bezug auf die Hauptachse verlaufende bzw. zur Hauptachse gleichgerichtete Durchgangsbohrungen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Schraubmittel mit einem Schraubenkopf, z.B. Zylinderkopfschraube, ausgebildet. Zur Montage sind die Schraubmittel von der Außenseite über die Durchführungsöffnungen in die jeweiligen Schraubmittelaufnahme geführt und mit ihrem freien Ende in entsprechende Gewindebohrungen des Gehäuses einschraubbar bzw. eingeschraubt. Vorzugsweise sind die Schraubmittel in einer bestimmungsgemäßen Einbausituation mit ihrem Schraubenkopf in axialer Richtung an dem Versteifungsring abgestützt. Durch die Führung der Schraubmittel über den Versteifungsring, kann somit gezielt auf die einwirkenden Anregungskräfte der Befestigungsschnittstellen Einfluss genommen werden. In a development it is provided that the fastening sections each have a screw means receptacle for receiving a screw means and the stiffening ring has a passage opening for each screw means receptacle for passing through the respective screw means. In particular, the screw means receptacles are designed as through bores running axially in relation to the main axis or in the same direction as the main axis. The screwing means are preferably designed with a screw head, e.g. For assembly, the screw means are guided from the outside via the lead-through openings into the respective screw means receptacle and can be screwed or screwed with their free end into corresponding threaded bores in the housing. In an intended installation situation, the screw means are preferably supported with their screw heads in the axial direction on the reinforcing ring. By guiding the screwing means via the stiffening ring, the excitation forces acting on the fastening interfaces can be influenced in a targeted manner.
In weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Statorkern und der Versteifungsring aus einem unterschiedlichen Werkstoff gefertigt sind. Insbesondere kann durch eine geeignete Wahl des Werkstoffes die Masse des Statorkerns an der Außenseite derart verändert werden, dass die Eigenschwingung des Stators gedämpft und/oder die Resonanzfrequenz beeinfluss bzw. verschoben, insbesondere erhöht, wird. in einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass der Versteifungsring auf der Außenseite in einem Randbereich des Statorjochs angeordnet ist. Insbesondere ist der Versteifungsring als ein schmaler Ring zu verstehen, welcher ausschließlich in dem Randbereich bzw. randseitige an dem Statorjoch abgestützt ist. Anders formuliert, erstreckt sich der Versteifungsring in axialer Richtung über weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% einer axialen Baubreite des Statorkerns. Insbesondere ist der Randbereich als ein umfangsseitiger Außenrand zu verstehen. Im Speziellen ist der Versteifungsring an der Stelle der Befestigungsabschnitt ausgespart. In a further embodiment it is provided that the stator core and the stiffening ring are made of different materials. In particular, by a With a suitable choice of material, the mass of the stator core can be changed on the outside in such a way that the natural vibration of the stator is damped and/or the resonance frequency is influenced or shifted, in particular increased. Another embodiment provides that the stiffening ring is arranged on the outside in an edge area of the stator yoke. In particular, the stiffening ring is to be understood as a narrow ring which is supported exclusively in the edge area or on the edge side on the stator yoke. In other words, the stiffening ring extends in the axial direction over less than 10%, preferably less than 5%, of an overall axial width of the stator core. In particular, the edge area is to be understood as a circumferential outer edge. In particular, the stiffening ring is recessed at the location of the attachment section.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Statorkern als ein Statorblechpaket mit mehreren axial übereinander gestapelten Statorblechen ausgebildet ist. Die Statorbleche können einteilig oder mehrteilig, insbesondere segmentiert, ausgeführt sein. Die einzelnen Statorbleche sind vorzugsweise mittels eines Verbindungsverfahrens zu einem Gesamtverbund oder zu mehreren Einzelverbunden zusammengefügt. Beispielsweise kann das Verbindungsverfahren Kleben (z.B. Backlack) und/oder Schweißen und/oder Stanzpaketieren der Statorbleche umfassen. In a further embodiment, it is provided that the stator core is designed as a laminated stator core with a plurality of stator laminations stacked axially one on top of the other. The stator laminations can be designed in one piece or in multiple pieces, in particular in segments. The individual stator laminations are preferably joined together by means of a joining process to form an overall composite or a plurality of individual composites. For example, the connection method can include gluing (e.g. baked lacquer) and/or welding and/or stamped packeting of the stator laminations.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Statorblechpaket als ein mehrteiliges Statorblechpaket ausgebildet ist, wobei die Statorbleche zu mehreren Einzelverbunden zusammengefügt sind. Insbesondere kann das Statorblechpaket als ein dreiteiliges Statorblechpaket ausgebildet sein, wobei das Statorblechpaket hierzu drei Einzelverbunde aufweist, welche in axialer Richtung gestapelt das Statorblechpaket bilden. In a further specification, it is provided that the stator core is designed as a multi-part stator core, the stator cores being joined together to form a plurality of individual composites. In particular, the laminated stator core can be designed as a three-part laminated stator core, with the laminated stator core having three individual composites for this purpose, which stacked in the axial direction form the laminated stator core.
Die Erfindung betrifft weiter eine elektrische Maschine mit einem wie zuvor beschrieben ausgebildeten Stator. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen elektrischen Antriebsstrang, insbesondere für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Der Antriebsstrang weist ein Getriebe und eine elektrische Maschine mit dem Stator, wie dieser bereits zuvor beschrieben wurde, auf. Insbesondere dient das Getriebe zur Übersetzung und/oder Verteilung eines Antriebsmoments der elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine weist einen Rotor auf, welcher vorzugsweise antriebstechnisch mit einer Getriebewelle des Getriebes verbunden und/oder verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Stator, insbesondere der Statorkern, mit seiner ersten axialen Stirnseite bzw. der Befestigungsseite am Gehäuse des Getriebes montiert ist. Vorzugsweise ist der Statorkern über die Schraubmittel an das Gehäuse des Getriebes angeschraubt, wobei der Versteifungsring auf der dem Gehäuse abgewandten Außenseite an dem Statorkern angeordnet ist. Somit können die durch Schwingungen des Statorkerns erzeugten hohen Anregungskräfte auf die Verschraubung des Statorkerns am Gehäuse des Getriebes unterbunden werden. The invention further relates to an electrical machine with a stator designed as described above. Another subject of the invention relates to an electric drive train, in particular for a vehicle, preferably for a hybrid or electric vehicle. The drive train has a transmission and an electric machine with the stator, as has already been described above. In particular, the transmission is used to translate and/or distribute a drive torque of the electrical machine. The electrical machine has a rotor which is and/or can be connected to a transmission shaft of the transmission preferably in terms of drive technology. According to the invention it is provided that the stator, in particular the stator core, is mounted with its first axial end face or the fastening side on the housing of the transmission. The stator core is preferably screwed to the housing of the transmission via the screw means, with the stiffening ring being arranged on the outside of the stator core facing away from the housing. Thus, the high excitation forces generated by vibrations of the stator core on the screw connection of the stator core to the housing of the transmission can be suppressed.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen: Further features, advantages and effects of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention. show:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; FIG. 1 shows a schematic representation of an electric drive train as an exemplary embodiment of the invention;
Figur 2 eine Darstellung von Eigenmoden eines Statorkerns in einem Betrieb des elektrischen Antriebsstrangs; FIG. 2 shows a representation of natural modes of a stator core during operation of the electric drive train;
Figur 3 eine axiale Darstellung eines Stators für eine elektrischen Maschine des elektrischen Antriebsstrangs; FIG. 3 shows an axial representation of a stator for an electric machine of the electric drive train;
Figur 4 eine Detailansicht des Stators der Figur 3; FIG. 4 shows a detailed view of the stator of FIG. 3;
Figur 5 eine weitere Detailansicht des Stators der Figur 3. Figure 5 shows a further detailed view of the stator of Figure 3.
Figur 1 zeigt in einer axialen Ansicht bezüglich einer Hauptachse H einen elektrischen Antriebsstrang 1 , welcher beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeuges dient. Der Antriebsstrang 1 weist eine elektrische Maschine 2 zur Erzeugung eines Antriebsmoments sowie ein Getriebe 3 zur Übersetzung des Antriebsmoments auf mindestens ein angetriebenes Rad, nicht dargestellt, des Fahrzeugs auf. Die elektrische Maschine 2 ist als Innenläufer ausgebildet, wobei die elektrische Maschine 2 hierzu einen Stator 4 sowie einen innerhalb des Stators 4 drehbar gelagerten Rotor 5 aufweist. Der Rotor 5 ist mit einer Rotorwelle 6 drehfest verbunden, wobei die Rotorwelle 6 um die Hauptachse H drehbar gelagert ist und antriebs- bzw. getriebetechnisch mit dem Getriebe 3 verbunden ist. Der Stator 4 bildet dabei einen stationären bzw. feststehenden Teil, welcher in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H fest mit einem Gehäuse 7 des Getriebes 3 verbunden ist. FIG. 1 shows, in an axial view with respect to a main axis H, an electric drive train 1 which is used, for example, to drive a vehicle. The drive train 1 has an electric machine 2 for generating a drive torque and a transmission 3 for converting the drive torque to at least one driven wheel, not shown, of the vehicle. The electrical machine 2 is designed as an internal rotor, with the electrical machine 2 having a stator 4 and a rotor 5 rotatably mounted within the stator 4 for this purpose. The rotor 5 is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft 6 , the rotor shaft 6 being mounted such that it can rotate about the main axis H and being connected to the transmission 3 in terms of drive or transmission technology. The stator 4 forms a stationary or fixed part, which is firmly connected to a housing 7 of the transmission 3 in the axial direction with respect to the main axis H.
Der Stator 4 weist einen Statorkern 8 mit einem Statorjoch 9 auf, an dem in Umfangsrichtung mehrere radial nach innen gerichtete Statorzähnen 10 angeordnet sind, welche jeweils eine Statorwicklung 11 tragen. Der Statorkern 8 ist beispielsweise durch mehrere in axialer Richtung übereinander gestapelte Statorbleche gebildet, welche gemeinsam durch ein Verbindungsverfahren, z.B. Stanzpakettieren, zu einem Gesamtverbund zusammengefasst sind. The stator 4 has a stator core 8 with a stator yoke 9 on which a plurality of stator teeth 10 directed radially inward are arranged in the circumferential direction, each carrying a stator winding 11 . The stator core 8 is formed, for example, by a plurality of stator laminations stacked one on top of the other in the axial direction, which are combined to form an overall composite by a joining method, e.g.
Der Statorkern 8 weist an seinem Außenumfang drei Befestigungsabschnitte 12 zur axialen Befestigung des Statorkerns 8 an dem Gehäuse 7 auf. Die Befestigungsabschnitte 12 weisen hierzu jeweils eine Schraubmittelaufnahme 13 auf, über welche jeweils ein Schraubmittel 14 geführt und in einer entsprechenden Gewindebohrung des Gehäuses 7 eingeschraubt ist. Die Schraubmittelaufnahmen 13 sind beispielsweise als achsparallel zur Hauptachse H ausgerichtete Durchgangsbohrungen ausgebildet, welche gleichmäßig voneinander beabstandet auf einem gemeinsamen Teilkreis um die Hauptachse H angeordnet sind. Die Schraubmittel 14 sind beispielsweise als Zylinderkopfschrauben ausgebildet, wobei die Schraubmittel 14 über einen Schraubenkopf axial an den Befestigungsabschnitten 12 abgestützt sind, um den Statorkern 8 an dem Gehäuse 7 kraftschlüssig zu fixieren. On its outer circumference, the stator core 8 has three attachment sections 12 for axially attaching the stator core 8 to the housing 7 . For this purpose, the fastening sections 12 each have a screw means receptacle 13 , via which a screw means 14 is guided and screwed into a corresponding threaded bore of the housing 7 . The screw means receptacles 13 are designed, for example, as through-bores which are aligned parallel to the main axis H and are arranged on a common reference circle around the main axis H, spaced evenly apart from one another. The screwing means 14 are designed, for example, as cylinder head screws, with the screwing means 14 being supported axially on the fastening sections 12 via a screw head in order to fix the stator core 8 on the housing 7 in a non-positive manner.
Wie in Figur 2 dargestellt weist der Statorkern 8 bei einer Festlegung an dem Gehäuse 7 in einem Betrieb radiale Eigenschwingungen (Eigenmoden) auf, die in Form und Frequenz variieren können. Liegen diese Eigenfrequenzen im anregungsrelevanten Frequenzbereich der Antriebkomponenten, wie beispielsweise der elektrischen Maschine 2 oder des Getriebes 3, kann es zu Resonanzereignisse mit ent- sprechenden akustischen Auffälligkeiten im Antriebsstrang 1 kommen. Die schematisch eingezeichneten Statorzähne 10 des Statorkerns 8 bilden eine Senkrechte zu der, nicht maßstabsgetreuen, Eigenschwingung. Die Befestigungsabschnitte 12 bilden jeweils einen Schwingungsknoten, wobei sich der Statorkern 8 in den Schwingungsknoten zumindest annähernd statisch verhält. As shown in FIG. 2, when the stator core 8 is fixed to the housing 7 during operation, it exhibits radial natural oscillations (natural modes), which can vary in form and frequency. If these natural frequencies are in the excitation-relevant frequency range of the drive components, such as the electric machine 2 or the transmission 3, resonance events can occur with speaking acoustic abnormalities in the drive train 1 come. The schematically drawn stator teeth 10 of the stator core 8 form a perpendicular to the natural oscillation, which is not true to scale. The attachment sections 12 each form an oscillation node, with the stator core 8 behaving at least approximately statically in the oscillation nodes.
Figur 3 zeigt in einer axialen Ansicht in Bezug auf die Hauptachse H den Stator 4.Figure 3 shows the stator 4 in an axial view with respect to the main axis H.
Um den radialen Eigenschwingungen des Statorkerns 3 entgegenzuwirken, weist der Stator 4 einen Versteifungsring 15 auf, welcher in Bezug auf die Hauptachse H an einem Außenumfang des Statorjochs 9 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung zumindest formschlüssig abgestützt ist. Durch Versteifung des Statorkerns 8 werden die Schwingungsmoden derart eingeschränkt, dass Eigenschwingungen sich nicht oder zumindest deutlich geringer im Statorjoch 9 und damit im gesamten Statorkern 8 bilden können. In order to counteract the radial natural vibrations of the stator core 3, the stator 4 has a stiffening ring 15 which is supported at least in a form-fitting manner in relation to the main axis H on an outer circumference of the stator yoke 9 in the radial direction and in the circumferential direction. By stiffening the stator core 8, the vibration modes are limited in such a way that natural vibrations cannot form in the stator yoke 9 and thus in the entire stator core 8, or at least to a much lesser extent.
Der Statorkern 8 weist an seinem Außenumfang abschnittsweise zwischen den Befestigungsabschnitten 12 eine Verzahnungsgeometrie 16 auf. Der Versteifungsring 15 ist als ein wellenförmiger Blechring ausgebildet, welcher mit der Verzahnungsgeometrie 16 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung formschlüssig zusammenwirkt. Der Versteifungsring 15 weist hierzu eine Wellenform auf, welche zu der Verzahnungsgeometrie 16 geometrisch ähnlich ausgebildet ist und mit dieser formschlüssig in Eingriff steht. Hierzu ist der Versteifungsring 15 zu Bildung des Formschlusses in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H auf das Statorjoch 9 aufgeschoben. The stator core 8 has a toothing geometry 16 in sections on its outer circumference between the fastening sections 12 . The stiffening ring 15 is designed as a wavy sheet metal ring, which interacts with the toothing geometry 16 in a form-fitting manner in the radial direction and in the circumferential direction. For this purpose, the stiffening ring 15 has a corrugated shape which is geometrically similar to the toothing geometry 16 and is in positive engagement with it. For this purpose, the stiffening ring 15 is pushed onto the stator yoke 9 in the axial direction in relation to the main axis H in order to form the form fit.
Figur 4 zeigt eine Detaildarstellung des Stators 4. Der Versteifungsring 15 weist in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnete Zahnlückenabschnitte 17 und Zahnkopfabschnitte 18 auf, welche zur Bildung der Wellenform jeweils über einen Radius 19 miteinander verbunden sind. Die Zahnlückenabschnitte 17 sind als in die Zahnlücken 20 der Verzahnungsgeometrie 16 eingeformte Vertiefungen gebildet und die Zahnkopfabschnitte 18 sind als die Zähne 21 der Verzahnungsgeometrie 16 aufnehmende Erhöhungen ausgebildet. Die Zahnlückenabschnitte 17 sind in radialer Richtung mit einem Abstand A1 zu einem Fußkreisdurchmesser, insbesondere der Zahnlücken 20, beabstandet angeordnet. Die Zahnkopfabschnitte 18 sind in radialer Richtung mit einem Abstand A2 zu einem Kopfkreisdurchmesser, insbesondere der Zähne 21 , angeordnet. Der Versteifungsring 15 ist in radialer Richtung und in Umfangsrichtung über die Radien 19 an den Zahnflanken 22 federnd abgestützt. FIG. 4 shows a detailed illustration of the stator 4. The stiffening ring 15 has tooth space sections 17 and tooth tip sections 18 arranged alternately in the circumferential direction, which are connected to one another via a radius 19 in order to form the waveform. The tooth space sections 17 are formed as indentations molded into the tooth spaces 20 of the toothing geometry 16 and the tooth tip sections 18 are formed as the teeth 21 of the toothing geometry 16 receiving elevations. The tooth gap sections 17 are arranged spaced apart in the radial direction at a distance A1 from a root circle diameter, in particular of the tooth gaps 20 . The tooth tip sections 18 are in the radial direction a distance A2 from a tip circle diameter, in particular of the teeth 21 . The stiffening ring 15 is resiliently supported in the radial direction and in the circumferential direction via the radii 19 on the tooth flanks 22 .
Der Versteifungsring 15 liegt hierzu über die Radien 19 spielfrei in einem Kontaktbereich 22 an den Zahnflanken 23 an und ist im Bereich der Zahnlückenabschnitte 17 und der Zahnkopfabschnitte 18 federelastisch verformbar, wobei bei einer Metall-Me- tall-Verbindung der Versteifungsring 15 über die Formgebung der Wellenform und die Blechdicke als Federelement wirkt und somit auf die Schwingungen des Statorkerns 8 Einfluss nehmen kann. Hierzu bewirkt der Versteifungsring 15 in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung eine Kraft, insbesondere eine Federkraft, welche der Eigenmode des Statorkerns entgegenwirkt, sodass die Eigenschwingung des Statorkerns gedämpft und/oder eine Eigenfrequenz der Eigenschwingung des Statorkerns gezielt in einen Frequenzbereich verschoben wird, in welchem eine Schwingungsanregung nicht zu erwarten ist. For this purpose, the stiffening ring 15 rests without play via the radii 19 in a contact area 22 on the tooth flanks 23 and is resiliently deformable in the region of the tooth gap sections 17 and the tooth tip sections 18, with a metal-to-metal connection of the stiffening ring 15 via the shape of the Wave shape and the sheet thickness acts as a spring element and can thus influence the vibrations of the stator core 8 . For this purpose, the stiffening ring 15 causes a force in the radial direction and/or in the circumferential direction, in particular a spring force, which counteracts the natural mode of the stator core, so that the natural vibration of the stator core is damped and/or a natural frequency of the natural vibration of the stator core is specifically shifted into a frequency range in which no vibration excitation is to be expected.
Zur weiteren Verbesserung des Systems ist eine Elastomerschicht 24 in den Kontaktbereichen 22 zwischen Versteifungsring 15 und Verzahnungsgeometrie 16 angeordnet. Die Elastomerschicht 24 kann beispielsweise durch eine Gummierung der Zahnflanken 23 und/oder einer Gummierung der Radien 19 gebildet sein. Alternativ kann die Elastomerschicht 19 jedoch auch durch ein elastisches Einlegeteil gebildet sein. Hierdurch kann der Versteifungsring 15 als ein Feder-Dämpferelement auf den Statorkern 8 wirken, wobei der Versteifungsring 15 aufgrund der Wellenform eine Federfunktion und die Elastomerschicht 24 eine Dämpffunktion übernimmt. Somit ist eine genaue Abstimmung des Versteifungsrings 15 auf die zu dämpfende Frequenz des Statorkerns 8 möglich. Somit kann eine störende Eigenschwingung bzw. Eigenfrequenz mittels des Versteifungsrings 15 gedämpft werden, um unerwünschte Resonanzeffekte zu vermeiden. To improve the system further, an elastomer layer 24 is arranged in the contact areas 22 between the stiffening ring 15 and the toothing geometry 16 . The elastomer layer 24 can be formed, for example, by rubber coating the tooth flanks 23 and/or rubber coating the radii 19 . Alternatively, however, the elastomer layer 19 can also be formed by an elastic insert. As a result, the stiffening ring 15 can act as a spring-damper element on the stator core 8, with the stiffening ring 15 taking on a spring function due to the wave shape and the elastomer layer 24 taking on a damping function. Thus, an exact tuning of the stiffening ring 15 to the frequency of the stator core 8 to be damped is possible. Thus, a disruptive natural vibration or natural frequency can be damped by means of the stiffening ring 15 in order to avoid unwanted resonance effects.
Figur 5 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung den Stator 4. Der Stator 4 ist in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H mit einer ersten axialen Stirnseite an dem Gehäuse 7, wie in Figur 1 dargestellt, über die Schraubmittel 14 befestigt. Somit bildet die erste axiale Stirnseite eine Befestigungsseite 25 des Statorkerns 8. Der Versteifungsring 15 ist auf einer zweiten axialen Stirnseite des Statorkerns 8 angeordnet, welche eine der Befestigungsseite 25 abgewandte Außenseite 26 des Statorkerns 8 bildet. FIG. 5 shows the stator 4 in a three-dimensional representation. The stator 4 is fastened in the axial direction in relation to the main axis H with a first axial end face on the housing 7, as shown in FIG. Thus, the first axial end face forms a fastening side 25 of the stator core 8. The Stiffening ring 15 is arranged on a second axial end face of stator core 8 , which forms an outer side 26 of stator core 8 facing away from fastening side 25 .
Wie der Figur 5 zu entnehmen, ist der Versteifungsring 15 auf der Außenseite in einem Randbereich 27 des Statorkerns 8 angeordnet. Der Versteifungsring 15 ist dabei im Bereich der Befestigungsabschnitte 12 ausgespart, sodass der Versteifungsring ausschließlich oder zumindest größtenteils im Bereich der Verzahnungsgeometrie 16 am Außenumfang des Statorkerns 8 anliegt. As can be seen from FIG. 5, the stiffening ring 15 is arranged on the outside in an edge area 27 of the stator core 8 . The stiffening ring 15 is cut out in the area of the fastening sections 12 so that the stiffening ring bears exclusively or at least for the most part in the area of the toothing geometry 16 on the outer circumference of the stator core 8 .
Der Versteifungsring 15 weist einen umlaufenden Bundabschnitt 28 auf, über weichen der Versteifungsring 15 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H an der Außenseite 26 des Statorkerns 8 abgestützt ist. Der Bundabschnitt 28 dient zum einen als ein axialer Endanschlag und zum anderen zur Erhöhung der Steifigkeit des Versteifungsrings 15. The stiffening ring 15 has a circumferential collar section 28 via which the stiffening ring 15 is supported in the axial direction in relation to the main axis H on the outside 26 of the stator core 8 . The collar section 28 serves on the one hand as an axial end stop and on the other hand to increase the rigidity of the stiffening ring 15.
Der Versteifungsring 15 weist je Schraubmittel 14 jeweils eine Durchführungsöffnung 29 auf, über welche die Schraubmittel 14 in die jeweils zugehörige Schraubmittelaufnahme 13, wie in Figur 1 beschrieben, geführt sind. Die Durchführungsöffnungen 29 sind als in den Bundabschnitt 28 eingebrachte Durchgangsbohrungen ausgebildet, wobei die Schraubmittel 14 in einem Montagezustand mit dem Schraubenkopf an dem Bundabschnitt 28 abgestützt sind, um den Statorkern 8 mit dem Gehäuse 7 zu verspannen. The stiffening ring 15 has a feed-through opening 29 for each screw means 14, via which the screw means 14 are guided into the respectively associated screw means receptacle 13, as described in FIG. The lead-through openings 29 are in the form of through-holes made in the collar section 28 , the screw means 14 being supported with the screw head on the collar section 28 in an assembled state in order to clamp the stator core 8 to the housing 7 .
Der Versteifungsring 15 kann zudem in ein oder mehreren Anbindungsbereichen 30 stoffschlüssig mit dem Statorkern 8 verbunden sein. Beispielsweise ist der Versteifungsring 15 in den Anbindungsbereichen 30 mit dem Statorkern 8 verschweißt. Durch die stoffschlüssige Anbindung des Versteifungsrings 15 können zusätzliche Schwingungsknoten für die Eigenmoden des Statorkerns 8, wie in Figur 2, gebildet, werden, welche in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Befestigungsabschnitten 12 des Statorkerns 8 liegen. Dadurch können die Eigenschwingung und/oder Eigenfrequenz des Statorkerns 7 und somit die Geräuschentwicklung im Betrieb der elektrischen Maschine 2 gezielt beeinflusst werden. Beispielsweise ist jeweils ein Anbindungsbereich 30 in Umfangsrichtung betrachtet durch die beiden zu den Befestigungsabschnitten 12 benachbarten bzw. nächstliegenden Kontaktbereiche 22 gebildet. Somit wird eine Lösung zur Unterbindung von hohen Anregungskräften durch Schwingungen auf die Schraubmittel 14 vorgeschlagen. The stiffening ring 15 can also be cohesively connected to the stator core 8 in one or more connection areas 30 . For example, the stiffening ring 15 is welded to the stator core 8 in the connection areas 30 . Due to the integral connection of the stiffening ring 15, additional vibration nodes for the natural modes of the stator core 8 can be formed, as in FIG. This allows the natural vibration and / or natural frequency of the stator core 7 and thus the noise during operation electrical machine 2 are specifically influenced. For example, a connection area 30 is formed in each case, viewed in the circumferential direction, by the two contact areas 22 that are adjacent or closest to the fastening sections 12 . A solution for suppressing high excitation forces due to vibrations on the screw means 14 is thus proposed.
Bezuqszeichen reference sign
Antriebsstrang elektrische Maschine Drive train electric machine
Getriebe transmission
Stator stator
Rotor rotor
Rotorwelle rotor shaft
Gehäuse Housing
Statorkern stator core
Statorjoch stator yoke
Statorzähne stator teeth
Statorwicklung stator winding
Befestigungsabschnitteattachment sections
Schraubmittelaufnahmenscrew mounts
Schraubmittel screw means
Versteifungsringstiffening ring
Verzahnungsgeometriegear geometry
Zahnlückenabschnitetooth gap sections
Zahnkopfabschnitte Tooth Head Sections
Radius radius
Zahnlücke tooth gap
Zahn Tooth
Kontaktbereich contact area
Zahnflanke tooth flank
Elastomerschicht elastomer layer
Befestigungsseite mounting side
Außenseite outside
Randbereich edge area
Bundabschnitt waistband section
Durchführungsöffnung feedthrough opening
Anbindungsbereich A1 , A2 Abständeconnection area A1 , A2 distances
H Hauptachse H major axis

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Stator (4) für eine elektrische Maschine (2), mit einem Statorkern (8), wobei der Statorkern (8) ein ringförmiges Statorjoch (9) aufweist, an dem auf der einen radialen Seite in Umfangsrichtung eine Mehrzahl radial abragender Statorzähne (10) und auf der anderen radialen Seite mehrere Befestigungsabschnitte (12) zur stirnseitigen Befestigung des Stators (4) an einem Gehäuse (7) angeordnet sind, wobei eine erste Stirnseite des Statorkerns (8) eine Befestigungsseite (25) zur axialen Befestigung des Stators (4) an dem Gehäuse (7) und eine zweite axiale Stirnseite eine Außenseite (26) des Stators (4) bildet, gekennzeichnet durch einen Versteifungsring (15) zur Versteifung des Statorkerns (8), wobei der Versteifungsring (15) auf der Außenseite (26) umfangsseitig an dem Statorjoch (9) montiert ist. 1 . Stator (4) for an electrical machine (2), with a stator core (8), the stator core (8) having an annular stator yoke (9) on which a plurality of radially protruding stator teeth (10) are mounted on one radial side in the circumferential direction. and on the other radial side, a plurality of fastening sections (12) for fastening the stator (4) to the end face of a housing (7) are arranged, a first end face of the stator core (8) having a fastening side (25) for fastening the stator (4) axially on the housing (7) and a second axial end face forms an outside (26) of the stator (4), characterized by a stiffening ring (15) for stiffening the stator core (8), the stiffening ring (15) on the outside (26) is mounted peripherally on the stator yoke (9).
2. Stator (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (15) in Bezug auf eine Hauptachse (H) in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Statorjoch (9) abgestützt ist. 2. Stator (4) according to claim 1, characterized in that the stiffening ring (15) with respect to a main axis (H) in the radial direction and / or in the circumferential direction is positively and / or non-positively supported on the stator yoke (9).
3. Stator (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorjoch (9) an seinem Außenumfang zumindest abschnittsweise eine Verzahnungsgeometrie (16) aufweist, wobei der Versteifungsring (15) zur Dämpfung von Schwingungen in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung in mehreren Kontaktbereichen federnd an der Verzahnungsgeometrie (16) abgestützt ist. 3. Stator (4) according to Claim 1 or 2, characterized in that the stator yoke (9) has a toothing geometry (16) at least in sections on its outer circumference, the stiffening ring (15) for damping vibrations in the radial direction and/or in Circumferentially resiliently supported in several contact areas on the toothing geometry (16).
4. Stator (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Versteifungsring (15) und der Verzahnungsgeometrie (16) zumindest in den Kontaktbereichen eine Elastomerschicht (22) angeordnet ist. 4. Stator (4) according to claim 3, characterized in that an elastomer layer (22) is arranged at least in the contact areas between the stiffening ring (15) and the toothing geometry (16).
5. Stator (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (15) zumindest in einem Anbindungsbereich (30) stoffschlüssig mit dem Statorkern (9) verbunden ist. 5. Stator (4) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the stiffening ring (15) is materially connected to the stator core (9) at least in a connection area (30).
6. Stator (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (15) in radialer Richtung mit einem Abstand (A1) zu einem Kopfkreisdurchmesser und/oder in radialer Richtung mit einem Abstand (A2) zu einem Fußkreisdurchmesser der Verzahnungsgeometrie (16) angeordnet ist. 6. Stator (4) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the stiffening ring (15) in the radial direction at a distance (A1) to a tip circle diameter and / or in the radial direction at a distance (A2) to a root circle diameter the gear geometry (16) is arranged.
7. Stator (4) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (15) als ein wellenförmiger Blechring ausgebildet ist, wobei der Blechring formschlüssig mit der Verzahnungsgeometrie (16) zusammenwirkt. 7. Stator (4) according to one of claims 3 to 6, characterized in that the stiffening ring (15) is designed as a wavy sheet metal ring, the sheet metal ring interacting with the tooth geometry (16) in a form-fitting manner.
8. Stator (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (15) in einem Querschnitt betrachtet abwechselnd angeordnete Zahnlückenabschnitte (17) und Zahnkopfabschnitte (18) aufweist, wobei sich die Zahnlückenabschnitte (17) und die Zahnkopfabschnitte (18) jeweils über einen Radius (19) aneinander anschließen, wobei der Versteifungsring (15) über die Radien (19) in den Kontaktbereichen (22) an den Zahnflanken (23) der Verzahnungsgeometrie (16) federnd abgestützt ist. 8. Stator (4) according to claim 7, characterized in that the stiffening ring (15), viewed in a cross section, has tooth space sections (17) and tooth head sections (18) arranged alternately, the tooth space sections (17) and the tooth head sections (18) each connect to one another via a radius (19), the stiffening ring (15) being resiliently supported via the radii (19) in the contact areas (22) on the tooth flanks (23) of the toothing geometry (16).
9. Stator (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteigungsring (15) einen umlaufenden Bundabschnitt (28) aufweist, wobei der Versteifungsring (15) über den Bundabschnitt (28) in axialer Richtung an der Außenseite (26) des Statorkerns (8) abgestützt ist. 9. The stator (4) according to any one of the preceding claims, characterized in that the stiffening ring (15) has a peripheral collar section (28), the stiffening ring (15) via the collar section (28) in the axial direction on the outside (26) of the stator core (8) is supported.
10. Stator (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsabschnitte (12) jeweils eine Schraubmittelaufnahme (13) zur Aufnahme eines Schraubmittels (14) und der Versteifungsring (15) je Schraubmittelaufnahme (13) jeweils eine Durchführungsöffnung (29) zur Durchführung des jeweiligen Schraubmittels (14) aufweist. 10. Stator (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening sections (12) each have a screw means receptacle (13) for receiving a screw means (14) and the stiffening ring (15) each screw means receptacle (13) has a feedthrough opening (29 ) for carrying out the respective screw means (14).
11 . Stator (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (8) und der Versteifungsring (15) aus einem unterschiedlichen Werkstoff gefertigt sind. 11 . Stator (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the stator core (8) and the stiffening ring (15) are made of a different material.
12. Stator (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versteifungsring (15) in einem Randbereich (27) des Statorjochs (9) angeordnet ist. 12. Stator (4) according to one of the preceding claims, characterized in that the stiffening ring (15) is arranged in an edge region (27) of the stator yoke (9).
13. Stator (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorkern (8) als ein Statorblechpaket mit mehreren axial übereinander gestapelten Statorblechen ausgebildet ist. 13. Stator (4) according to any one of the preceding claims, characterized in that the stator core (8) is designed as a stator core with a plurality of axially stacked stator laminations.
14. Stator (4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorblechpaket als ein mehrteiliges Statorblechpaket ausgebildet ist, wobei die Statorbleche zu mehreren Einzelverbunden zusammengefügt sind. 14. Stator (4) according to claim 13, characterized in that the stator core is designed as a multi-part stator core, wherein the stator cores are joined together to form a plurality of individual composites.
15. Elektrische Maschine (2) mit einem Stator (4), welcher nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist. 15. Electrical machine (2) with a stator (4), which is designed according to one of the preceding claims.
16. Elektrischer Antriebsstrang (1 ), umfassend, ein Getriebe (3) und eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator (4) nach Anspruch 15, wobei der Stator (4) mit seiner Befestigungsseite (25) an einem Gehäuse (7) des Getriebes (3) drehmomentübertragend montiert ist. 16. Electric drive train (1), comprising, a transmission (3) and an electric machine (2) with a stator (4) according to claim 15, wherein the stator (4) with its attachment side (25) on a housing (7) of the gearbox (3) is mounted in a torque-transmitting manner.
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