WO2023165809A1 - Electric machine and electric axle drive, and vehicle comprising the electric machine - Google Patents

Electric machine and electric axle drive, and vehicle comprising the electric machine Download PDF

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WO2023165809A1
WO2023165809A1 PCT/EP2023/053706 EP2023053706W WO2023165809A1 WO 2023165809 A1 WO2023165809 A1 WO 2023165809A1 EP 2023053706 W EP2023053706 W EP 2023053706W WO 2023165809 A1 WO2023165809 A1 WO 2023165809A1
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WO
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clamping means
laminated core
electrical machine
rotor
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/053706
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Bischof
Josef OTTA
Paterne ASSOGBA
Marco VARENKAMP
Tobias Buban
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Definitions

  • 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 and/or the stator are usually designed as a laminated core, for which purpose a plurality of laminated cores stacked on top of one another are held together with a certain prestress. This prestress can be generated both with weld seams and with a tie rod.
  • the electrical machine has a stator and a rotor which is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation relative to the stator.
  • the electrical machine is designed as an internal rotor, with the rotor being arranged radially inside the stator.
  • the electrical machine can also be designed as an external rotor, with the rotor being arranged radially outside of the stator.
  • the individual laminations can also be joined to form a plurality of partial laminations which are connected to one another together, in particular in multiple parts, to form the laminations.
  • the individual sheets are preferably each made of a magnetized and/or magnetizable material Material, preferably a steel alloy formed.
  • the individual sheets are designed as sheet metal laminations.
  • the individual sheets can be designed as identical parts and/or in an identical shape.
  • the stator or rotor has a plurality of tensioning means distributed in the circumferential direction around the axis of rotation, which are designed to apply a pretension acting at least partially in the axial direction with respect to the axis of rotation to the individual laminations.
  • the individual sheets are non-positively connected to one another in the axial direction by the clamping means.
  • the stator or the rotor can have more than two, preferably more than six, in particular more than ten, of the clamping means.
  • the clamping means are particularly preferably designed to subject the laminated core to a tensile stress that acts at least partially in the axial direction.
  • an amount of the prestress introduced by the clamping means varies in the circumferential direction of the laminated core in order to influence a dynamic behavior of the laminated core when the electrical machine is in operation.
  • a varying prestress can be understood to mean a prestress which has a local change, preferably an increase, of more than 10%, preferably more than 30%, in particular more than 50%, at least at one point.
  • the amount of prestress introduced by at least or precisely one of the clamping devices can deviate from an amount of prestress introduced by one or more of the other clamping devices by more than 10%, preferably more than 30%, in particular more than 50% .
  • the dynamic behavior is preferably understood to mean a resonance behavior and/or a damping behavior of the laminated core during operation of the electrical machine. Provision is particularly preferably made for the variation in the prestress to result from an asymmetrical distribution of rigidity in the laminated core.
  • an amount of the individual tension introduced by at least one of the tensioning means can vary in the circumferential direction and/or differ from an amount by at least one other of the tensioning means introduced single stress.
  • An amount of the individual stresses introduced by at least two clamping means that are adjacent in the circumferential direction is preferably different.
  • the magnitude of the individual stresses introduced by at least two opposing clamping means is different.
  • the prestressing of the laminated core is coordinated with knowledge of the dynamic behavior in such a way that natural oscillations of the laminated core generated during operation of the electrical machine are damped.
  • the prestressing of the laminated core is adjusted with knowledge of the dynamic behavior in such a way that natural frequencies of the laminated core generated during operation of the electrical machine are shifted to a range of lower excitation.
  • a "frequency and damping shaping" can be realized through the preload. In other words, by changing the prestress, a targeted adaptation to the damping behavior and/or natural frequency or resonance behavior of the laminated core can be carried out in a simple manner.
  • a variation in the prestressing is determined or co-determined by an unevenly distributed arrangement of the clamping means.
  • “Uneven” means that the clamping devices are positioned differently from one another in the circumferential direction in at least two adjacent sectors in the laminated core and/or at least two clamping devices are positioned differently from the axis of rotation in the laminated core.
  • the non-uniform distribution of the clamping means results in an asymmetrical distribution of rigidity or stress in the laminated core.
  • the clamping means can be arranged in the laminated core in such a way that at least or exactly two different stiffness or stress distributions are formed, preferably in adjacent sectors of the laminated core.
  • the clamping means are distributed cyclically in the circumferential direction.
  • “cyclic” means that at least two sectors are repeated at least once over the circumference, in particular around 360 degrees, and/or at least two clamping devices have the same arrangement over the circumference, in particular around 360 degrees.
  • the clamping means can be brought into alignment at least once during a rotation of 360 degrees, in particular during a rotation of 180 degrees.
  • the clamping means are distributed with at least or exactly twofold rotational symmetry.
  • the clamping means are distributed in pairs in the circumferential direction.
  • “in pairs” means that the arrangement and/or the individual tensions generated by the two tensioning devices are the same for each pair and/or at least two tensioning devices.
  • at least two diametrically opposed and/or opposing clamping means are to be understood as a pair.
  • the clamping means in particular in the laminated core of the stator, can be distributed differently in pairs.
  • “Different in pairs” means that the arrangement and/or the individual tensions generated by the two tensioning devices are different for at least two arbitrarily selected tensioning devices.
  • the clamping means are distributed in the circumferential direction without imbalance in the laminated core, preferably the rotor laminated core.
  • “unbalanced” means that the clamping means are distributed in the laminated core in such a way that a center of gravity or the main axes of inertia of the laminated core coincide with the axis of rotation.
  • the clamping means are spaced apart from one another by at least or exactly two different circumferential distances in relation to the axis of rotation in the circumferential direction.
  • at least one clamping means is arranged at a first circumferential distance from a first adjacent clamping means in the circumferential direction and at a second circumferential distance from a second, in particular in the opposite circumferential direction, neighboring clamping means, with the first and second circumferential distances being different are.
  • the second circumferential spacing is at least 1.5 times, preferably at least 2 times, as large as the first circumferential spacing.
  • An amount of at least two prestressing forces preferably differs by at least 10%, preferably more than 30%, in particular 80%.
  • the natural frequencies of the laminated core can be influenced depending on the preload force.
  • a distribution of symmetry frequencies can be achieved by an asymmetrical or non-uniform distribution of the prestresses, in particular due to different prestressing forces.
  • the acoustic behavior of the laminated core can be positively influenced or a noise reduction can be achieved.
  • the individual metal sheets are braced or pressed against one another by means of the securing element.
  • the pretensioning force can preferably be adjusted by the securing element, for example by means of a tightening torque.
  • the tightening torque can be in a range between 0 Nm and 50 Nm, in particular between 5 Nm and 20 Nm.
  • the natural frequency of the laminated core can be influenced depending on the tightening torque.
  • At least one end disk is arranged on the end of the laminated core in the axial direction in relation to the axis of rotation.
  • the at least one end plate is clamped in the axial direction with the laminated core by the clamping means, with the amount of prestressing in the circumferential direction being determined or partly determined by an uneven mass distribution of the end plate and/or an uneven material thickness of the end plate.
  • the end disk is pulled in the direction of the laminated core by the pretensioning force and pretensioned together with the laminated core.
  • the end plate is preferably designed separately from the laminated core and the clamping means.
  • the stator or the rotor preferably has two of the end disks, which are each arranged on an axial end face of the laminated core in relation to the axis of rotation.
  • the non-uniform distribution of mass can be formed by a cyclic or non-cyclic position, shape or size of openings, bores, depressions or the like.
  • the non-uniform mass distribution can be formed by a cyclic or non-cyclic position, shape or size of consecutive ribs, webs, elevations or the like.
  • the non-uniform material thickness can be formed by a cyclic or non-cyclic indentation, elevation, depression, gradation or the like.
  • the uneven material thickness is realized by a variation in thickness in the end plates.
  • the clamping means are preferably guided through the laminated core and the at least one end disk, with a non-uniform prestress being induced in the end disk by the variation in thickness.
  • a further object of the invention relates to a motor vehicle with the electric machine and/or the electric axle drive, as they have already been described above.
  • the motor vehicle can be driven, in particular electrically, by means of the electric machine and/or the electric axle drive.
  • the vehicle can be in the form of a hybrid or electric vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with an electric drive train and an electric machine as an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic axial view of a rotor of the electric machine with radially non-uniformly distributed clamping means
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the rotor in the same representation as FIG. 2 with clamping centers distributed unevenly around the circumference;
  • FIG. 4 shows a further alternative embodiment of the rotor in the same representation as FIG. 2 with radially and circumferentially unevenly distributed clamping centers;
  • FIG. 5 shows a further alternative embodiment of the rotor in the same representation as FIG. 2 with evenly distributed clamping centers with different prestressing forces;
  • FIG. 6 shows a further alternative embodiment of the rotor in a schematic sectional illustration with two end plates
  • FIG. 7 shows an axial view of the rotor according to FIG.
  • FIG. 1 shows a vehicle 1 as an exemplary embodiment of the invention in a highly schematic representation.
  • the vehicle 1 is designed as an electrically operated motor vehicle.
  • the vehicle 1 has an electric drive train 2 designed as an axle drive, which is formed by an electric machine 3 , a transmission 4 and a differential 5 .
  • the electric machine 3 is designed as a traction machine, which generates an electric drive torque during operation.
  • the drive torque is transferred to the differential 5 via the transmission 4 , the differential 5 distributing the drive torque to two vehicle wheels 7 , 8 .
  • the electrical machine 3 is designed as an internal rotor, with the electrical machine 3 having a stator 8 and a rotor 9 rotatably mounted within the stator 8 for this purpose.
  • the rotor 9 is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft 10, the rotor shaft 10 being connected to the transmission 4 in terms of drive or transmission technology.
  • the stator 5 forms a stationary or stationary part which is, for example, firmly connected to a housing of the transmission 4 .
  • the gear 4 is designed, for example, as a reduction gear which has a transmission ratio of i>1. In other words, the gear 4 is used for stepping down.
  • Figures 2 to 5 each show the rotor 9 in an axial view in relation to an axis of rotation 100. It should be noted that the following description of the rotor 9 can be applied analogously to the design of the stator 8 if this has a laminated core, in particular a stator lamination stack.
  • the rotor 9 has exactly four of the clamping means 13, with two of the clamping means 13 being arranged in pairs opposite one another on a first pitch circle 101 and the other two clamping means on a second pitch circle 102.
  • the first and second pitch circles 101 , 102 are arranged coaxially to one another with respect to the axis of rotation 100 , the first pitch circle 101 having a larger pitch circle diameter than the second pitch circle 102 .
  • the clamping means 13 are evenly spaced apart from one another in the circumferential direction, with the clamping means 13 being diametrically opposed on the respective pitch circle 101 , 102 .
  • the clamping means 13 are each spaced apart from one another in the circumferential direction by the same circumferential distance 103, e.g. 90 degrees.
  • An asymmetrical distribution of rigidity in the laminated core 11 is thus realized by a radially non-uniform distribution of the clamping means 13 .
  • FIG. 4 a combination of the arrangements described in FIGS. 2 and 3 is shown.
  • the rotor 9 has exactly six of the clamping means 13, with four of the clamping means 13 being arranged in pairs opposite one another on the first pitch circle 101 and the other two clamping means on a second pitch circle 102.
  • the clamping means 13 are also spaced unequally from one another in the circumferential direction with the first and second circumferential spacing 103, 104, the first circumferential spacing 103, for example 30 degrees, being smaller than the second circumferential spacing 104, for example 60 degrees.
  • the clamping means 13 lying on the first pitch circle 101 each have a different circumferential spacing 103, 104 from the directly adjacent clamping means 13.
  • the clamping means 13 lying on the second pitch circle 102 have the same circumferential distance 104 to the directly adjacent clamping means 13 .
  • An asymmetrical rigidity distribution in the laminated core 11 is thus realized by a radially non-uniform distribution and a circumferentially or cyclically non-uniform distribution of the clamping means 13 .
  • the rotor 9 has exactly eight of the clamping means 13, the clamping means 13 being distributed uniformly from one another around the axis of rotation 100 on a common pitch circle 101. It is provided that the clamping means 13 are designed to apply a prestressing force F1, F2 to the laminated core 11 in the axial direction, as shown in FIG. 6, in order to generate the prestressing, in particular a tensile stress. It is provided that an amount of the prestressing force F1, F2 varies from at least one of the clamping means 13 to at least one clamping means 13 that is adjacent in the circumferential direction.
  • the clamping means 13 of a first group 14 has a first prestressing force F1 and the clamping means 13 of a second group 15 has a second prestressing force F2, with the amount of the first and second prestressing forces F1, F2 differing from one another.
  • the amount between the first and second prestressing force F1, F2 differs by at least more than 15%.
  • An asymmetrical distribution of stiffness in the laminated core 11 is thus realized by an uneven distribution of the prestressing forces F1, F2.
  • the pretensioning forces F1, F2 of the tensioning means 13 in the embodiments according to FIGS. 2 to 4 can also be different.
  • FIG. 6 shows the rotor 9 in a schematic longitudinal section along the axis of rotation 100.
  • the rotor 9 has a first and a second end disk 16, 17, which are arranged at the end on an axial end face of the laminated core 11 coaxially with the axis of rotation 100 .
  • the end plates 16, 17 are formed separately from the laminated core 11 and the rotor shaft 10.
  • the two end disks 15, 17 can also have a bearing journal for the rotatable mounting of the rotor 9 about its axis of rotation 100.
  • the clamping means 13 are each designed as tie rods, with the clamping means 13 each having a screw element 18, in particular a threaded bolt, and securing elements 19, e.g. a screw nut, mounted on the screw element 18 at each end.
  • the screw elements 18 are guided in the axial direction with respect to the axis of rotation 100 through a respective through opening 20 which passes through the laminated core 11 and the two end plates 15 , 17 .
  • the screw element 18 protrudes axially beyond the two end plates 16, 17, the two end plates 16, 17 being fixed to the laminated core 11 by installing the securing elements 19 and being acted upon in the axial direction by the respective prestressing force F1, F2.
  • the prestressing force F1, F2 can thus be determined in a simple manner by the tightening torque of the securing elements 19.
  • the rotor 9 or the laminated core 11 has a natural frequency of approximately 1302 Hz at a tightening torque of the securing elements 19 of 5 Nm, a natural frequency of approximately 1725 Hz at 10 Nm and a natural frequency of approximately 1990 Hz at 17 Nm.
  • the natural frequency can be shifted to a frequency range of lower excitation depending on the tightening torque.
  • Figure 7 shows the rotor 9 in an axial view in relation to the axis of rotation 100.
  • the end plates 16, 17, only the first Enda disc 16 shown here each have a first and a second disc section 21, 22, wherein the Clamping means 13 of the first group 14, in particular the respective securing elements 19, are supported on the first disc section 21 and the clamping means 13 of the second group 15, in particular the respective securing elements 19, are supported on the second disc section 21.
  • the first and the second disc section 21, 22 have an uneven but imbalance-free material thickness.
  • the two disc sections 21, 22 viewed in the axial direction can have different thicknesses.
  • An uneven distribution of the prestressing forces F1, F2 and/or a nonuniform prestressing in the laminated core 11 is thus realized due to the different material thicknesses, in particular the variation in thickness, of the disk sections 21, 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

The invention proposes an electric machine (3) having a stator (8) and a rotor (9) mounted rotatably about a rotation axis (100) relative to the stator (8), wherein the stator (8) and/or the rotor (9) have/has a laminated core (11) which is formed from a plurality of individual laminations (12) stacked one above the other in the axial direction in relation to the rotation axis (100), wherein a prestress acting at least partially in the axial direction is applied to the individual laminations (12) by a plurality of clamping means (13) distributed in the circumferential direction, and wherein a magnitude of the prestress introduced by the clamping means (13) varies in the circumferential direction of the laminated core (11) in order to influence a dynamic behaviour of the laminated core (11) during operation of the electric machine (3).

Description

Elektrische Maschine sowie elektrischer Achsantrieb und Fahrzeug mit der elektrischen Maschine Electric machine and electric axle drive and vehicle with the electric machine
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Achsantrieb mit der elektrischen Maschine und/oder ein Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine und/oder dem Achsantrieb. The invention relates to an electrical machine having the features of the preamble of claim 1 . Furthermore, the invention relates to an electric axle drive with the electric machine and/or a motor vehicle with the electric machine and/or the axle drive.
Elektrische Maschinen, wie beispielsweise Elektromotoren oder Generatoren, umfas- sen einen als Stator ausgebildeten feststehenden Teil und einen als Rotor ausgebil- deten rotierenden Teil. Zur Erzeugung einer Drehbewegung des Rotors werden in der Regel im Rotor und/oder im Stator örtlich und zeitlich ändernde Magnetfelder er- zeugt. Bei derartigen elektrischen Maschinen werden üblicherweise der Rotor und/oder der Stator als Blechpaket ausgeführt, wobei hierzu mehrere übereinander gestapelte Blechlamellen mit einer gewissen Vorspannung zusammengehalten wer- den. Diese Vorspannung kann sowohl mit Schweißnähten als auch mit einem Zugan- ker erzeugt werden. 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. In electrical machines of this type, the rotor and/or the stator are usually designed as a laminated core, for which purpose a plurality of laminated cores stacked on top of one another are held together with a certain prestress. This prestress can be generated both with weld seams and with a tie rod.
Die Druckschrift DE 10 2018 200 865 A1 offenbart beispielsweise einen Rotor für eine elektrische Maschine, mit einem einen Hohlraum umschließenden Blechlamel- lenpaket, einem ersten Stirnflansch und einem zweiten Stirnflansch, wobei der erste und der zweite Stirnflansch in axialer Richtung des Rotors endseitig auf dem Blechla- mellenpakt angeordnet und zur drehbaren Lagerung des Rotors um dessen Rotor- achse ausgebildet sind. Der Rotor weist ein Zugelement auf, das durch das Blechla- mellenpaket geführt ist und den ersten Stirnflansch mit dem zweiten Stirnflansch in axialer Richtung miteinander verbindet und vorspannt. Weiterhin weist der Rotor und ein durch den Hohlraum geführtes Zentrierelement auf, das den ersten und den zwei- ten Stirnflansch miteinander verbindet. The publication DE 10 2018 200 865 A1, for example, discloses a rotor for an electrical machine, with a laminated core enclosing a cavity, a first end flange and a second end flange, the first and second end flanges being mounted on the ends of the laminated lamination in the axial direction of the rotor - Arranged in a compact manner and designed for rotatable mounting of the rotor about its rotor axis. The rotor has a tension element that is guided through the laminated core and connects and prestresses the first end flange with the second end flange in the axial direction. The rotor also has a centering element that is guided through the cavity and connects the first and second end flanges to one another.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine elektrische Maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch ein verbessertes Betriebsverhalten auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des An- spruchs 1 , durch einen elektrischen Achsantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. In den Un- teransprüchen, der Beschreibung mit den Figuren sind weitere Merkmale und Vor- teile sowie Wirkungen der Erfindung beschrieben. The object of the invention is to create an electrical machine of the type mentioned at the outset, which is characterized by improved operating behavior. This object is achieved by an electric machine with the features of claim 1, by an electric axle drive with the features of claim 11 and a motor vehicle with the features of claim 12. 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 eine elektrische Maschine, welche insbesondere für ei- nen elektrischen Achsantrieb und/oder zum Antriebs eines Kraftfahrzeugs ausgebil- det und/oder geeignet ist. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine als eine Trakti- onsmaschine, auch als separater Motor-Generator (SMG) bekannt, ausgebildet. Al- ternativ kann die elektrische Maschine jedoch auch als eine getriebeintegrierte E-Ma- schine ausgebildet sein. Die elektrische Maschine ist vorzugswese als eine Dreh- strommaschine, beispielsweise eine permanentmagneterregte oder fremderregte, insbesondere spulenerregte, Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine. The subject matter of the invention is an electric machine which is designed and/or suitable in particular for an electric axle drive and/or for driving a motor vehicle. The electric machine is preferably designed as a traction machine, also known as a separate motor generator (SMG). Alternatively, however, the electric machine can also be designed as an electric machine integrated into the transmission. The electrical machine is preferably a three-phase machine, for example a permanent-magnet or externally excited, in particular coil-excited, synchronous machine or an asynchronous machine.
Die elektrische Maschine weist einen Stator sowie einen relativ zu dem Stator um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor auf. Insbesondere ist die elektrische Ma- schine als ein Innenläufer ausgebildet, wobei der Rotor radial innerhalb des Stators angeordnet ist. Alternativ kann die elektrische Maschine jedoch auch als ein Außen- läufer ausgebildet sein, wobei der Rotor radial außerhalb des Stators angeordnet ist. The electrical machine has a stator and a rotor which is mounted so as to be rotatable about an axis of rotation relative to the stator. In particular, the electrical machine is designed as an internal rotor, with the rotor being arranged radially inside the stator. Alternatively, however, the electrical machine can also be designed as an external rotor, with the rotor being arranged radially outside of the stator.
Der Stator weist ein Blechpaket, insbesondere ein Statorblechpaket, auf, welches aus mehreren in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse übereinander gesta- pelten Einzelblechen gebildet ist. Alternativ oder optional ergänzend weist der Rotor ein Blechpaket, insbesondere ein Rotorblechpaket, auf, welches aus mehreren in axi- aler Richtung in Bezug auf die Drehachse übereinander gestapelten Einzelblechen gebildet ist. Die Einzelbleche sind vorzugsweise zu einem gemeinsamen, insbeson- dere einteiligen, Blechpaket miteinander verbunden. Alternativ können die Einzelble- che jedoch auch zu mehreren Teilblechpaketen gefügt sein, welche gemeinsam, ins- besondere mehrteilig, zu dem Blechpaket miteinander verbunden sind. Die Einzelble- che sind vorzugsweise jeweils aus einem magnetisierten und/oder magnetisierbaren Material, vorzugsweise einer Stahllegierung, gebildet. Insbesondere sind die Einzel- bleche als Blechlamellen ausgebildet. Die Einzelbleche können als Gleichteile und/oder in identischer Form ausgebildet sein. The stator has a laminated core, in particular a stator laminated core, which is formed from a plurality of individual laminations stacked on top of one another in the axial direction in relation to the axis of rotation. Alternatively or optionally in addition, the rotor has a laminated core, in particular a rotor laminated core, which is formed from a plurality of individual laminations stacked on top of one another in the axial direction in relation to the axis of rotation. The individual laminations are preferably connected to one another to form a common, in particular one-piece, laminated core. Alternatively, however, the individual laminations can also be joined to form a plurality of partial laminations which are connected to one another together, in particular in multiple parts, to form the laminations. The individual sheets are preferably each made of a magnetized and/or magnetizable material Material, preferably a steel alloy formed. In particular, the individual sheets are designed as sheet metal laminations. The individual sheets can be designed as identical parts and/or in an identical shape.
Der Stator bzw. Rotor weist mehrere in Umfangsrichtung um die Drehachse verteilte Spannmittel auf, welche ausgebildet sind, die Einzelbleche mit einer zumindest teil- weise in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse wirkenden Vorspannung zu be- aufschlagen. Insbesondere sind die Einzelbleche in axialer Richtung durch die Spannmittel kraftschlüssig miteinander verbunden. Der Stator bzw. der Rotor kann mehr als zwei, vorzugsweise mehr als sechs, im Speziellen mehr als zehn der Spannmittel aufweist. Vorzugsweise weist der Stator bzw. der Rotor eine gerade An- zahl an Spannmitteln (2n, mit n = 1 , 2, 3, ... ) auf. Besonders bevorzugt sind die Spannmittel ausgebildet, das Blechpaket mit eine einer zumindest teilweise in axialer Richtung wirkenden Zugspannung zu beaufschlagen. The stator or rotor has a plurality of tensioning means distributed in the circumferential direction around the axis of rotation, which are designed to apply a pretension acting at least partially in the axial direction with respect to the axis of rotation to the individual laminations. In particular, the individual sheets are non-positively connected to one another in the axial direction by the clamping means. The stator or the rotor can have more than two, preferably more than six, in particular more than ten, of the clamping means. The stator or the rotor preferably has an even number of clamping devices (2n, with n=1, 2, 3, . . . ). The clamping means are particularly preferably designed to subject the laminated core to a tensile stress that acts at least partially in the axial direction.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Betrag der durch die Spann- mittel eingebrachten Vorspannung in Umfangsrichtung des Blechpakets variiert, um ein dynamisches Verhalten des Blechpaketes in einem Betrieb der elektrischen Ma- schine zu beeinflussen. Insbesondere kann unter einer variierenden Vorspannung, eine Vorspannung verstanden werden, welche zumindest an einer Stelle eine lokale Änderung, vorzugsweise eine Erhöhung, von mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 30%, im Speziellen mehr als 50% aufweist. Anders formuliert, kann ein Betrag der durch mindestens oder genau eines der Spannmittel eingebrachten Vorspannung von einem Betrag der durch ein oder mehrere der anderen Spannmittel eingebrach- ten Vorspannung um mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 30%, im Speziellen mehr als 50% abweichen. Vorzugsweise ist untere dem dynamischen Verhalten ein Reso- nanzverhalten und/oder ein Dämpfungsverhalten des Blechpaketes im Betrieb der elektrischen Maschine zu verstehen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Variation der Vorspannung aus einer unsymmetrischen Steifigkeitsverteilung im Blechpaket resultiert. Im Speziellen kann ein Betrag der durch mindestens eines der Spannmittel eingebrachten Einzelspannung in Umfangsrichtung variieren und/oder verschieden zu einem Betrag der durch mindestens eines weiteren der Spannmittel eingebrachten Einzelspannung sein. Vorzugsweise ist ein Betrag der durch mindes- tens zwei in Umfangsrichtung benachbarter Spannmittel eingebrachten Einzelspan- nungen unterschiedlich. Alternativ oder optional ergänzend ist ein Betrag der durch mindestens zwei einander gegenüberliegender Spannmittel eingebrachten Ein- zelspannungen unterschiedlich. In the context of the invention, it is proposed that an amount of the prestress introduced by the clamping means varies in the circumferential direction of the laminated core in order to influence a dynamic behavior of the laminated core when the electrical machine is in operation. In particular, a varying prestress can be understood to mean a prestress which has a local change, preferably an increase, of more than 10%, preferably more than 30%, in particular more than 50%, at least at one point. In other words, the amount of prestress introduced by at least or precisely one of the clamping devices can deviate from an amount of prestress introduced by one or more of the other clamping devices by more than 10%, preferably more than 30%, in particular more than 50% . The dynamic behavior is preferably understood to mean a resonance behavior and/or a damping behavior of the laminated core during operation of the electrical machine. Provision is particularly preferably made for the variation in the prestress to result from an asymmetrical distribution of rigidity in the laminated core. In particular, an amount of the individual tension introduced by at least one of the tensioning means can vary in the circumferential direction and/or differ from an amount by at least one other of the tensioning means introduced single stress. An amount of the individual stresses introduced by at least two clamping means that are adjacent in the circumferential direction is preferably different. Alternatively or optionally in addition, the magnitude of the individual stresses introduced by at least two opposing clamping means is different.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Höhe der Vorspannung einen signifikanten Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften des Stators bzw. des Ro- tors, insbesondere auf die Resonanzfrequenzen und/oder das Dämpfungsverhalten, hat. Durch die Kenntnis des dynamischen Verhaltens in Abhängigkeit der Vorspan- nung kann somit das dynamische Verhalten durch eine gezielte Änderung der Vor- spannungen beeinflusst werden, um das Betriebsverhalten der elektrischen Ma- schine zu verbessern. Somit können in einfacher Weise die Resonanzfrequenzen und/oder das Dämpfungsverhalten anwendungsspezifisch angepasst werden, ohne die Massenverhältnisse ändern zu müssen. Beispielsweise könnte man zum einen die Resonanzfrequenzen der Problemstellung anpassen und diese je nach Anwen- dung im Frequenzbereich nach oben oder unten verschieben. Zum anderen könnte man die Dämpfungseigenschaften für die entsprechende Anwendung optimieren. Insbesondere können im Betrieb der elektrischen Maschine auftretende akustische Auffälligkeiten sowie zusätzliche Belastungen und damit einhergehender Verschleiß reduziert oder bestenfalls eliminiert werden. The invention is based on the finding that the amount of prestressing has a significant influence on the dynamic properties of the stator or rotor, in particular on the resonance frequencies and/or the damping behavior. By knowing the dynamic behavior as a function of the pre-voltage, the dynamic behavior can thus be influenced by a targeted change in the pre-voltages in order to improve the operating behavior of the electrical machine. In this way, the resonance frequencies and/or the damping behavior can be adapted in a simple manner, specific to the application, without having to change the mass ratios. For example, one could adapt the resonant frequencies to the problem and shift them up or down in the frequency range depending on the application. On the other hand, one could optimize the damping properties for the corresponding application. In particular, acoustic abnormalities occurring during operation of the electrical machine and additional loads and associated wear can be reduced or, at best, eliminated.
In einer konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass die Vorspannung des Blechpa- ketes in Kenntnis des dynamischen Verhaltens derart abgestimmt ist, dass in einem Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Eigenschwingungen des Blechpakets gedämpft sind. Alternativ oder optional ergänzend ist die Vorspannung des Blechpa- ketes in Kenntnis des dynamischen Verhaltens derart abgestimmt, dass in einem Be- trieb der elektrischen Maschine erzeugte Eigenfrequenzen des Blechpakets in einen Bereich niedriger Anregung verschoben werden. Insbesondere kann durch die Vor- spannung somit ein „Frequenz- und Dämpfungs-Shaping“ realisiert werden. Anders formuliert, kann durch die Änderung der Vorspannung in einfacher Weise eine ge- zielte Anpassung auf das Dämpfungsverhalten und/oder Eigenfrequenz- bzw. Reso- nanzverhalten des Blechpaketes erfolgen. In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass eine Variation der Vorspannung durch eine ungleichmäßig verteilte Anordnung der Spannmittel bestimmt oder mitbe- stimmt ist. Dabei bedeutet „ungleichmäßig“, dass die Spannmittel in Umfangsrichtung in mindestens zwei benachbarten Sektoren verschieden zueinander in dem Blechpa- ket positioniert sind und/oder mindestens zwei Spannmittel verschieden zur Dreh- achse in dem Blechpaket positioniert sind. Insbesondere wird durch die ungleichmä- ßige Verteilung der Spannmittel eine unsymmetrische Steifigkeits- bzw. Spannungs- verteilung in dem Blechpaket realisiert. Prinzipiell können die Spannmittel derart in dem Blechpaket angeordnet sein, dass mindestens oder genau zwei unterschiedli- che Steifigkeits- bzw. Spannungsverteilungen, vorzugsweise in benachbarten Sekto- ren des Blechpakets, gebildet sind. Alternativ können die Spannmittel beliebig in dem Blechpaket, vorzugsweise in dem Statorblechpaket, verteilt sein, sodass in Bezug auf des Resonanz- und/oder Dämpfungsverhalten eine optimale Steifigkeits- bzw. Span- nungsverteilung gebildet ist. Alternativ oder optional ergänzend können die Spann- mittel derart in dem Blechpaket verteilt sein, sodass die symmetrischen Eigenmoden aufgespalten und auf unterschiedliche Frequenzen verteilt werden. In a specific implementation, it is provided that the prestressing of the laminated core is coordinated with knowledge of the dynamic behavior in such a way that natural oscillations of the laminated core generated during operation of the electrical machine are damped. Alternatively or optionally in addition, the prestressing of the laminated core is adjusted with knowledge of the dynamic behavior in such a way that natural frequencies of the laminated core generated during operation of the electrical machine are shifted to a range of lower excitation. In particular, a "frequency and damping shaping" can be realized through the preload. In other words, by changing the prestress, a targeted adaptation to the damping behavior and/or natural frequency or resonance behavior of the laminated core can be carried out in a simple manner. In a specific implementation, it is provided that a variation in the prestressing is determined or co-determined by an unevenly distributed arrangement of the clamping means. “Uneven” means that the clamping devices are positioned differently from one another in the circumferential direction in at least two adjacent sectors in the laminated core and/or at least two clamping devices are positioned differently from the axis of rotation in the laminated core. In particular, the non-uniform distribution of the clamping means results in an asymmetrical distribution of rigidity or stress in the laminated core. In principle, the clamping means can be arranged in the laminated core in such a way that at least or exactly two different stiffness or stress distributions are formed, preferably in adjacent sectors of the laminated core. Alternatively, the clamping means can be distributed arbitrarily in the laminated core, preferably in the stator core, so that an optimal rigidity or stress distribution is formed in relation to the resonance and/or damping behavior. Alternatively or optionally in addition, the clamping means can be distributed in the laminated core in such a way that the symmetrical natural modes are split and distributed over different frequencies.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Spannmittel in Umfangserrichtung zyklisch verteilt sind. Insbesondere bedeutet „zyklisch“, dass sich mindestens zwei Sektoren über den Umfang, insbesondere um 360 Grad, mindestens einmal wieder- holen und/oder mindestens zwei Spannmittel über den Umfang, insbesondere um 360 Grad, die gleiche Anordnung aufweisen. Im Speziellen ist vorgesehen, dass die Spannmittel bei einer Umdrehung um 360 Grad mindestens einmal, insbesondere bei einer Umdrehung um 180 Grad, in Deckung gebracht werden können. Alternativ oder optional ergänzend ist vorgesehen, dass die Spannmittel mit mindestens oder genau einer zweifachen Rotationssymmetrie verteilt sind. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Spannmittel bezüglich der Drehachse mit einer geradzahligen Rotations- symmetrie bzw. einer 2n-fachen Rotationssymmetrie (mit n = 1 , 2, 3, ... ) verteilt sind. Das bedeutet, dass bei mindestens zwei unterschiedlichen Anordnungsmöglichkeiten der Spannmittel nach einer Drehung um 180 Grad das jeweilige Spannmittel mit ei- nem identisch angeordneten Spannmittel zur Deckung gebracht werden muss. In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Spannmittel in Umfangserrichtung paarweise verteilt sind. Dabei bedeutet „paar- weise“, dass die Anordnung und/oder die durch die beiden Spannmittel erzeugten Einzelspannungen von jeweils einem Paar und/oder mindestens zwei Spannmitteln gleich sind. Vorzugsweise sind mindestens zwei diametral und/oder gegenüberlie- gende Spannmittel als ein Paar zu verstehen. Alternativ können die Spannmittel, ins- besondere in dem Statorblechpaket, paarweise verschieden verteilt sein. Dabei be- deutet „paarweise verschieden“, dass die Anordnung und/oder die durch die beiden Spannmittel erzeugten Einzelspannungen mindestens zweier beliebig ausgewählter Spannmittel verschieden sind. Alternativ oder optional ergänzend ist vorgesehen, dass die Spannmittel in Umfangserrichtung unwuchtfrei in dem Blechpaket, vorzugs- weise dem Rotorblechpaket, verteilt sind. Dabei bedeutet „unwuchtfrei“, dass die Spannmittel derart in dem Blechpaket verteilt sind, dass ein Schwerpunkt bzw. die Hauptträgheitsachsen des Blechpakets mit der Drehachse übereinstimmen. In a further development it is provided that the clamping means are distributed cyclically in the circumferential direction. In particular, “cyclic” means that at least two sectors are repeated at least once over the circumference, in particular around 360 degrees, and/or at least two clamping devices have the same arrangement over the circumference, in particular around 360 degrees. In particular, it is provided that the clamping means can be brought into alignment at least once during a rotation of 360 degrees, in particular during a rotation of 180 degrees. Alternatively or optionally in addition, it is provided that the clamping means are distributed with at least or exactly twofold rotational symmetry. In particular, it is provided that the clamping means are distributed with an even rotational symmetry or a 2n-fold rotational symmetry (with n=1, 2, 3, . . . ) with respect to the axis of rotation. This means that with at least two different arrangement options for the clamping means, after a rotation of 180 degrees, the respective clamping means must be aligned with an identically arranged clamping means. In an alternative or supplementary embodiment, it is provided that the clamping means are distributed in pairs in the circumferential direction. In this context, “in pairs” means that the arrangement and/or the individual tensions generated by the two tensioning devices are the same for each pair and/or at least two tensioning devices. Preferably, at least two diametrically opposed and/or opposing clamping means are to be understood as a pair. Alternatively, the clamping means, in particular in the laminated core of the stator, can be distributed differently in pairs. “Different in pairs” means that the arrangement and/or the individual tensions generated by the two tensioning devices are different for at least two arbitrarily selected tensioning devices. Alternatively or optionally in addition, it is provided that the clamping means are distributed in the circumferential direction without imbalance in the laminated core, preferably the rotor laminated core. In this context, “unbalanced” means that the clamping means are distributed in the laminated core in such a way that a center of gravity or the main axes of inertia of the laminated core coincide with the axis of rotation.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Spannmittel in Bezug auf die Drehachse auf mindestens oder genau zwei unterschiedlichen Teilkreisen ange- ordnet sind. Insbesondere sind die Teilkreise in Bezug auf die Drehachse koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet. Vorzugsweise weisen die beiden Teil- kreise einen unterschiedlichen Teilkreisdurchmesser auf. Anders formuliert, ist eine erste Gruppe von Spannmittel auf einem ersten Teilkreis mit einem ersten Teilkreis- durchmesser und/oder mit einem ersten Radialabstand zur Drehachse angeordnet und eine zweite Gruppe von Spannmitteln auf einem zweiten Teilkreis mit einem zweiten Teilkreisdurchmesser und/oder mit einem zweiten Radialabstand zur Dreh- achse angeordnet, wobei der erste und der zweite Teilkreisdurchmesser bzw. der erste und der zweite Radialabstand verschieden sind. Insbesondere ist der erste Ra- dialabstand mindestens 1 ,5-mal, vorzugsweise mindestens 2-mal so groß wie der zweite Radialabstand. In a further specification, it is provided that the clamping means are arranged on at least or exactly two different pitch circles in relation to the axis of rotation. In particular, the pitch circles are arranged coaxially and/or concentrically with respect to the axis of rotation. The two pitch circles preferably have a different pitch circle diameter. In other words, a first group of clamping devices is arranged on a first pitch circle with a first pitch circle diameter and/or at a first radial distance from the axis of rotation, and a second group of clamping devices is arranged on a second pitch circle with a second pitch circle diameter and/or at a second radial distance arranged to the axis of rotation, wherein the first and the second pitch circle diameter or the first and the second radial distance are different. In particular, the first radial spacing is at least 1.5 times, preferably at least 2 times, as large as the second radial spacing.
In einer alternativen oder optional ergänzenden Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Spannmittel in Bezug auf die Drehachse in Umfangsrichtung mit mindestens oder genau zwei unterschiedlichen Umfangsabständen voneinander beabstandet sind. Anders formuliert, ist mindestens ein Spannmittel in Umfangsrichtung mit einem ers- ten Umfangsabstand zu einem ersten benachbarten Spannmittel beabstandet ange- ordnet und mit einem zweiten Umfangsabstand zu einem zweiten, insbesondere in Gegenumfangsrichtung, benachbarten Spannmittel beabstandet angeordnet, wobei der erste und der zweite Umfangsabstand verschieden sind. Insbesondere ist der zweite Umfangsabstand mindestens 1 ,5-mal, vorzugsweise mindestens 2-mal so groß wie der erste Umfangsabstand. In an alternative or optionally supplementary specification, it is provided that the clamping means are spaced apart from one another by at least or exactly two different circumferential distances in relation to the axis of rotation in the circumferential direction. In other words, at least one clamping means is arranged at a first circumferential distance from a first adjacent clamping means in the circumferential direction and at a second circumferential distance from a second, in particular in the opposite circumferential direction, neighboring clamping means, with the first and second circumferential distances being different are. In particular, the second circumferential spacing is at least 1.5 times, preferably at least 2 times, as large as the first circumferential spacing.
Es sei explizit darauf hingewiesen, dass Kombinationen von mindestens zwei, vor- zugsweise jedoch beliebig vielen Anordnungsvarianten, wie zuvor beschrieben, mög- lich sind. It should be explicitly pointed out that combinations of at least two, but preferably any number of arrangement variants, as described above, are possible.
In einer alternativen oder optional ergänzenden Umsetzung ist vorgesehen, dass je- des der Spannmittel das Blechpaket in axialer Richtung mit einer Vorspannkraft be- aufschlägt. Dabei ist eine Variation der Vorspannung durch ungleichmäßig hohe Vor- spannkräfte von mindestens zwei der Spannmittel bestimmt oder mitbestimmt. Insbe- sondere sind die Vorspannkräfte von mindestens zwei in Umfangsrichtung benach- barter Spannmittel voneinander verschieden. Alternativ oder optional ergänzend kön- nen die Vorspannkräfte der Spannmittel in Umfangsrichtung abwechselnd den glei- chen bzw. verschiedenen Betrag aufweisen. Im Speziellen weist eine Anzahl von mindestens 2n/2 Spannmittel (mit n = 1 , 2, 3... ) einen verschiedenen Betrag der Vor- spannkraft auf. Alternativ weist eine Anzahl von mindestens 2n/n Spannmittel (mit n = 1 , 2, 3... ) einen verschiedenen Betrag der Vorspannkraft auf. Vorzugsweise unter- scheidet sich ein Betrag von mindestens zwei Vorspannkräften um mindestens 10%, vorzugsweise mehr als 30%, im Speziellen 80%. Beispielsweise sind die Eigenfre- quenzen des Blechpakets in Abhängigkeit der Vorspannkraft beeinflussbar. Durch eine unsymmetrische bzw. ungleichförmige Verteilung der Vorspannungen, insbe- sondere aufgrund unterschiedlicher Vorspannkräfte, kann eine Aufteilung von Sym- metriefrequenzen erreicht werden. Dadurch kann das akustische Verhalten des Blechpakets positiv beeinflusst bzw. eine Geräuschminderung erzielt werden. In an alternative or optionally supplementary implementation, it is provided that each of the clamping means applies a prestressing force to the laminated core in the axial direction. In this case, a variation in the prestressing is determined or partly determined by unequally high prestressing forces of at least two of the clamping means. In particular, the prestressing forces of at least two clamping means that are adjacent in the circumferential direction are different from one another. Alternatively or optionally in addition, the pretensioning forces of the tensioning means can alternately have the same or different amounts in the circumferential direction. In particular, a number of at least 2n/2 clamping devices (with n=1, 2, 3...) has a different amount of prestressing force. Alternatively, a number of at least 2n/n clamping means (with n=1, 2, 3 . . . ) has a different amount of prestressing force. An amount of at least two prestressing forces preferably differs by at least 10%, preferably more than 30%, in particular 80%. For example, the natural frequencies of the laminated core can be influenced depending on the preload force. A distribution of symmetry frequencies can be achieved by an asymmetrical or non-uniform distribution of the prestresses, in particular due to different prestressing forces. As a result, the acoustic behavior of the laminated core can be positively influenced or a noise reduction can be achieved.
In einer konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass die Spannmittel jeweils als in axi- aler Richtung in Bezug auf die Drehachse durch das Blechpaket geführte Zuganker ausgebildet sind. Insbesondere weist das Blechpaket für jeden Zuganker eine ent- sprechende Durchgangsöffnung auf, welche sich in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse bzw. achsparallel zur Drehachse erstreckt. Die Zugkanker sind dabei je- weils durch die jeweils zugehörige Durchgangsöffnung geführt und endseitig an den axialen Stirnseiten des Blechpaketes fixiert bzw. abgestützt. Beispielsweise sind die Zuganker jeweils durch ein Schraubenelement, z.B. eine Gewindestange, gebildet, auf welche zumindest auf einer Endseite ein Sicherungselement, z.B. eine Schrau- benmutter, montiert ist. Mittels des Sicherungselements sind die Einzelbleche gegen- einander verspannt bzw. gepresst. Bevorzugt ist durch das Sicherungselement die Vorspannkraft, z.B. mittels eines Anzugsdrehmoment, einstellbar. Das Anzugsmo- ment kann dabei in einem Bereich zwischen 0 Nm und 50 Nm, im Speziellen zwi- schen 5 Nm und 20 Nm, liegen. Im Speziellen kann in Abhängigkeit des Anzugsmo- ments die Eigenfrequenz des Blechpakets beeinfluss werden. In a specific embodiment, it is provided that the clamping means are each guided through the laminated core as tie rods in the axial direction in relation to the axis of rotation are trained. In particular, the laminated core has a corresponding through-opening for each tie rod, which extends in the axial direction in relation to the axis of rotation or axially parallel to the axis of rotation. The tie rods are each guided through the respectively associated passage opening and are fixed or supported at the ends on the axial end faces of the laminated core. For example, the tie rods are each formed by a screw element, for example a threaded rod, on which a securing element, for example a screw nut, is mounted at least on one end. The individual metal sheets are braced or pressed against one another by means of the securing element. The pretensioning force can preferably be adjusted by the securing element, for example by means of a tightening torque. The tightening torque can be in a range between 0 Nm and 50 Nm, in particular between 5 Nm and 20 Nm. In particular, the natural frequency of the laminated core can be influenced depending on the tightening torque.
In einer weiteren alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse endseitig auf dem Blechpaket min- destens eine Endscheibe angeordnet ist. Die mindestens eine Endscheibe ist durch die Spannmittel in axialer Richtung mit dem Blechpaket verspannt, wobei der Betrag der Vorspannung in Umfangsrichtung durch eine ungleichmäßige Masseverteilung der Endscheibe und/oder eine ungleichmäßige Materialstärke der Endscheibe be- stimmt oder mitbestimmt ist. Insbesondere ist die Endscheibe durch die Vorspann- kraft in Richtung des Blechpakets gezogen und zusammen mit dem Blechpaket vor- gespannt. Die Endscheibe ist vorzugsweise separat zu dem Blechpaket und den Spannmitteln ausgebildet. Bevorzugt weisen der Stator bzw. der Rotor zwei der End- scheiben auf, welche in Bezug auf die Drehachse an jeweils einer axialen Stirnseite des Blechpaketes angeordnet sind. Insbesondere kann die ungleichmäßige Masse- verteilung durch eine zyklische oder nicht-zyklische Position, Form oder Größe von Durchbrüchen, Bohrungen, Vertiefungen oder dergleichen gebildet sein. Alternativ oder optional ergänzend kann die ungleichmäßige Masseverteilung durch eine zykli- sche oder nicht-zyklische Position, Form oder Größe von aufeinanderfolgenden Rip- pen, Stege, Erhebungen oder dergleichen gebildet sein. Insbesondere kann die un- gleichmäßige Materialstärke durch eine zyklische oder nicht-zyklische Vertiefung, Er- höhung, Absenkung, Abstufung oder dergleichen gebildet sein. Besonders bevorzugt ist die ungleichmäßige Materialstärke durch eine Dickenvariation in den Endscheiben realisiert. Bevorzugt sind die Spannmittel durch das Blechpaket und die mindestens eine Endscheibe geführt, wobei durch die Dickenvariation in der Endscheibe eine un- gleichförmige Vorspannung induziert wird. In a further alternative or supplementary embodiment, it is provided that at least one end disk is arranged on the end of the laminated core in the axial direction in relation to the axis of rotation. The at least one end plate is clamped in the axial direction with the laminated core by the clamping means, with the amount of prestressing in the circumferential direction being determined or partly determined by an uneven mass distribution of the end plate and/or an uneven material thickness of the end plate. In particular, the end disk is pulled in the direction of the laminated core by the pretensioning force and pretensioned together with the laminated core. The end plate is preferably designed separately from the laminated core and the clamping means. The stator or the rotor preferably has two of the end disks, which are each arranged on an axial end face of the laminated core in relation to the axis of rotation. In particular, the non-uniform distribution of mass can be formed by a cyclic or non-cyclic position, shape or size of openings, bores, depressions or the like. Alternatively or optionally in addition, the non-uniform mass distribution can be formed by a cyclic or non-cyclic position, shape or size of consecutive ribs, webs, elevations or the like. In particular, the non-uniform material thickness can be formed by a cyclic or non-cyclic indentation, elevation, depression, gradation or the like. Especially preferred the uneven material thickness is realized by a variation in thickness in the end plates. The clamping means are preferably guided through the laminated core and the at least one end disk, with a non-uniform prestress being induced in the end disk by the variation in thickness.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen elektrischen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der elektrische Antriebsstrang mindestens oder genau eine elektrische Maschine aufweist, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 10. Prinzipiell kann der elektrische Antriebsstrang als ein Radantrieb ausgebildet sein, wobei die elektrische Maschine direkt oder über ein Ge- triebe auf ein Fahrzeugrad wirkt. Vorzugsweise ist der elektrische Antriebsstrang je- doch als ein Achsantrieb ausgebildet, wobei die elektrische Maschine einen zentra- len Antriebsmotor bildet, welcher über ein Getriebe, vorzugsweise ein Untersetzungs- getriebe, und ein Differenzial auf die Fahrzeugräder einer Antriebsachse, insbeson- dere eine Vorder- und/oder Hinterachse, wirkt. Another subject matter of the invention relates to an electric drive train for a motor vehicle, the electric drive train having at least or exactly one electric machine as already described above or according to one of claims 1 to 10. In principle, the electric drive train can be designed as a wheel drive be, with the electric machine acting directly or via a gear on a vehicle wheel. However, the electric drive train is preferably designed as an axle drive, with the electric machine forming a central drive motor which, via a gearbox, preferably a reduction gear, and a differential, acts on the vehicle wheels of a drive axle, in particular a front axle. and/or rear axle.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit der elektrischen Maschine und/oder dem elektrischen Achsantrieb, wie diese bereits zuvor beschrie- ben wurden. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug mittels der der elektrischen Ma- schine und/oder dem elektrischen Achsantrieb antreibbar, insbesondere elektrisch antreibbar. Das Fahrzeug kann als ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet sein. A further object of the invention relates to a motor vehicle with the electric machine and/or the electric axle drive, as they have already been described above. In particular, the motor vehicle can be driven, in particular electrically, by means of the electric machine and/or the electric axle drive. The vehicle can be in the form of a hybrid or electric vehicle.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zei- gen: 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 Kraftfahrzeuges mit einem elektri- schen Antriebsstrang und einer elektrischen Maschine als ein Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung; FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with an electric drive train and an electric machine as an exemplary embodiment of the invention;
Figur 2 eine schematische Axialansicht eines Rotors der elektrischen Maschine mit radial ungleichmäßig verteilten Spannmitteln; Figur 3 eine alternative Ausführung des Rotors in gleicher Darstellung wie Figur 2 mit umlaufend ungleichmäßig verteilten Spannmitten; FIG. 2 shows a schematic axial view of a rotor of the electric machine with radially non-uniformly distributed clamping means; FIG. 3 shows an alternative embodiment of the rotor in the same representation as FIG. 2 with clamping centers distributed unevenly around the circumference;
Figur 4 eine weitere alternative Ausführung des Rotors in gleicher Darstellung wie Figur 2 mit radial und umlaufend ungleichmäßig verteilten Spannmitten; FIG. 4 shows a further alternative embodiment of the rotor in the same representation as FIG. 2 with radially and circumferentially unevenly distributed clamping centers;
Figur 5 eine weitere alternative Ausführung des Rotors in gleicher Darstellung wie Figur 2 mit gleichmäßig verteilten Spannmitten mit unterschiedlichen Vor- spannkräften; FIG. 5 shows a further alternative embodiment of the rotor in the same representation as FIG. 2 with evenly distributed clamping centers with different prestressing forces;
Figur 6 eine weitere alternative Ausführung des Rotors in einer schematischen Schnittdarstellung mit zwei Endscheiben; FIG. 6 shows a further alternative embodiment of the rotor in a schematic sectional illustration with two end plates;
Figur 7 eine Axialansicht des Rotors gemäß Figur 6. FIG. 7 shows an axial view of the rotor according to FIG.
Figur 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Fahrzeug 1 als ein Aus- führungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise ist das Fahrzeug 1 als ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. FIG. 1 shows a vehicle 1 as an exemplary embodiment of the invention in a highly schematic representation. For example, the vehicle 1 is designed as an electrically operated motor vehicle.
Das Fahrzeug 1 weist einen als Achsantrieb ausgebildeten elektrischen Antriebs- strang 2 auf, welcher durch eine elektrische Maschine 3, ein Getriebe 4 sowie einem Differenzial 5 gebildet ist. Die elektrische Maschine 3 ist als eine Traktionsmaschine ausgebildet, welche in einem Betrieb ein elektrisches Antriebsmoment erzeugt. Das Antriebsmoment wird über das Getriebe 4 auf das Differenzial 5 übersetzt, wobei das Differenzial 5 das Antriebsmoment auf zwei Fahrzeugräder 7, 8 verteilt. The vehicle 1 has an electric drive train 2 designed as an axle drive, which is formed by an electric machine 3 , a transmission 4 and a differential 5 . The electric machine 3 is designed as a traction machine, which generates an electric drive torque during operation. The drive torque is transferred to the differential 5 via the transmission 4 , the differential 5 distributing the drive torque to two vehicle wheels 7 , 8 .
Die elektrische Maschine 3 ist als Innenläufer ausgebildet, wobei die elektrische Ma- schine 3 hierzu einen Stator 8 sowie einen innerhalb des Stators 8 drehbar gelager- ten Rotor 9 aufweist. Der Rotor 9 ist mit einer Rotorwelle 10 drehfest verbunden, wo- bei die Rotorwelle 10 antriebs- bzw. getriebetechnisch mit dem Getriebe 4 verbunden ist. Der Stator 5 bildet dabei einen stationären bzw. feststehenden Teil, welcher bei- spielsweise fest mit einem Gehäuse des Getriebes 4 verbunden ist. Das Getriebe 4 ist beispielsweise als ein Untersetzungsgetriebe ausgebildet, welches ein Überset- zungsverhältnis von i > 1 aufweist. Anders formuliert, dient das Getriebe 4 zur Über- setzung ins Langsame. The electrical machine 3 is designed as an internal rotor, with the electrical machine 3 having a stator 8 and a rotor 9 rotatably mounted within the stator 8 for this purpose. The rotor 9 is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft 10, the rotor shaft 10 being connected to the transmission 4 in terms of drive or transmission technology. The stator 5 forms a stationary or stationary part which is, for example, firmly connected to a housing of the transmission 4 . The gear 4 is designed, for example, as a reduction gear which has a transmission ratio of i>1. In other words, the gear 4 is used for stepping down.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen jeweils den Rotor 9 in einer axialen Ansicht in Bezug auf eine Drehachse 100. Es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgende Beschrei- bung des Rotors 9 analog auf die Ausgestaltung des Stators 8 anwendbar ist, wenn dieser ein Blechpaket, insbesondere ein Statorblechpaket, umfasst. Figures 2 to 5 each show the rotor 9 in an axial view in relation to an axis of rotation 100. It should be noted that the following description of the rotor 9 can be applied analogously to the design of the stator 8 if this has a laminated core, in particular a stator lamination stack.
Der Rotor 9 weist ein drehfest mit der Rotorwelle 10 verbundenes Blechpaket 11 , ins- besondere ein Rotorblechpaket, auf, welches durch mehrere in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse 100 übereinander gestapelte Einzelbleche 12 gebildet ist. Die Einzelbleche 12 sind in axialer Richtung durch mehrere Spannmittel 13 mit einer zumindest teilweise in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse 100 wirkenden Vorspannung beaufschlagt. Die Spannmittel 13 sind in Umfangsrichtung verteilt an- geordnet. Die Höhe der Vorspannung hat dabei einen signifikanten Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften des Rotors 9, insbesondere auf die Resonanzfrequen- zen und das Dämpfungsverhalten. The rotor 9 has a laminated core 11 connected in a torque-proof manner to the rotor shaft 10 , in particular a rotor laminated core, which is formed by a plurality of individual laminations 12 stacked on top of one another in the axial direction in relation to the axis of rotation 100 . The individual sheets 12 are acted upon in the axial direction by a plurality of clamping means 13 with a prestress which acts at least partially in the axial direction in relation to the axis of rotation 100 . The clamping means 13 are distributed in the circumferential direction. The amount of prestress has a significant influence on the dynamic properties of the rotor 9, in particular on the resonance frequencies and the damping behavior.
Mit einer geeigneten Anzahl und Position an Spannmittel 13 und mit der Kenntnis der Abhängigkeit von entsprechenden Resonanzen kann ein „Resonanzfrequenz- und Dämpfungs-Shaping“ realisiert werden. Die bedeutet, dass durch eine Änderung der Vorspannung zum einen die Resonanzfrequenzen der Problemstellung angepasst und diese je nach Anwendung im Frequenzbereich gezielt verschoben werden kön- nen. Zum anderen können durch eine Änderung der Vorspannung die Dämpfungsei- genschaften für die entsprechenden Anwendungen optimiert werden. Zudem ist es möglich, mit einer unsymmetrischen Verteilung der Vorspannungen Symmetriefre- quenzen bzw. symmetrische Eigenmoden aufzuteilen, um das akustische Verhalten des Rotors 9 zu verbessern. With a suitable number and position of clamping means 13 and with knowledge of the dependency on corresponding resonances, “resonance frequency and damping shaping” can be implemented. This means that by changing the preload, the resonant frequencies can be adapted to the problem and, depending on the application, they can be specifically shifted in the frequency range. On the other hand, the damping properties can be optimized for the corresponding applications by changing the preload. In addition, it is possible to divide up symmetry frequencies or symmetrical natural modes with an asymmetrical distribution of the prestresses in order to improve the acoustic behavior of the rotor 9 .
Es wird daher vorgeschlagen, dass ein Betrag der durch mindestens eines der Spannmittel eingebrachten Vorspannung in Umfangsrichtung des Blechpakets 11 va- riiert, um damit das dynamische Verhalten, insbesondere das Resonanzverhalten, des Rotors 3 durch die Variation von Steifigkeit und/oder Dämpfung anwendungs- spezifisch anpassen zu können, ohne die Massenverhältnisse ändern zu müssen. Nachfolgend werden in den Figuren 2 bis 7 unterschiedliche Möglichkeiten zur Varia- tion der Vorspannung in Umfangsrichtung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass auch Kombinationen, insbesondere von mindestens zwei Ausführungen mög- lich sind. It is therefore proposed that an amount of the prestress introduced by at least one of the clamping means varies in the circumferential direction of the laminated core 11, in order to thereby vary the dynamic behavior, in particular the resonance behavior. of the rotor 3 by varying the rigidity and/or damping, without having to change the mass ratios. Different options for varying the prestressing in the circumferential direction are described below in FIGS. It should be pointed out that combinations, in particular of at least two versions, are also possible.
Gemäß Figur 2 weist der Rotor 9 genau vier der Spannmittel 13 auf, wobei zwei der Spannmittel 13 auf einem ersten Teilkreis 101 und die anderen beiden Spannmittel auf einem zweiten Teilkreis 102 paarweise gegenüberliegend angeordnet sind. Der erste und der zweite Teilkreis 101 , 102 sind dabei in Bezug auf die Drehachse 100 koaxial zueinander angeordnet, wobei der erste Teilkreis 101 einen größeren Teil- kreisdurchmesser als der zweite Teilkreis 102 aufweist. Die Spannmittel 13 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet, wobei die Spannmittel 13 auf dem jeweiligen Teilkreis 101 , 102 diametral gegenüberliegen. Anders formuliert, sind die Spannmittel 13 in Umfangsrichtung jeweils mit dem gleichen Umfangsab- stand 103, z.B. 90 Grad, voneinander beabstandet. Es wird somit eine unsymmetri- sche Steifigkeitsverteilung im Blechpaket 11 durch eine radial ungleichmäßige Vertei- lung der Spannmittel 13 realisiert. According to FIG. 2, the rotor 9 has exactly four of the clamping means 13, with two of the clamping means 13 being arranged in pairs opposite one another on a first pitch circle 101 and the other two clamping means on a second pitch circle 102. The first and second pitch circles 101 , 102 are arranged coaxially to one another with respect to the axis of rotation 100 , the first pitch circle 101 having a larger pitch circle diameter than the second pitch circle 102 . The clamping means 13 are evenly spaced apart from one another in the circumferential direction, with the clamping means 13 being diametrically opposed on the respective pitch circle 101 , 102 . In other words, the clamping means 13 are each spaced apart from one another in the circumferential direction by the same circumferential distance 103, e.g. 90 degrees. An asymmetrical distribution of rigidity in the laminated core 11 is thus realized by a radially non-uniform distribution of the clamping means 13 .
Gemäß Figur 3 weist der Rotor 9 genau vier der Spannmittel 13 auf, wobei die Spannmittel 13 auf einem gemeinsamen Teilkreis 101 paarweise einander gegen- überliegend angeordnet sind. Der Teilkreis 101 ist dabei koaxial zur Drehachse 100 angeordnet. Anders formuliert, sind die Spannmittel 13 in radialer Richtung jeweils mit dem gleichen Radialabstand zur Drehachse 100 beabstandet. Die Spannmittel 13 sind in Umfangsrichtung mit einem ersten und einen zweiten Umfangsabstand 103, 104 ungleichmäßig voneinander beabstandet, wobei der erste Umfangsabstand 103, z.B. 30 Grad, kleiner ist als der zweite Umfangsabstand 104, z.B. 150 Grad. Die Spannmittel 13 liegen auf dem Teilkreis 101 paarweise diametral gegenüber. Es wird somit eine unsymmetrische Steifigkeitsverteilung im Blechpaket 11 durch eine umlau- fend bzw. zyklisch ungleichmäßige Verteilung der Spannmittel 13 realisiert. Gemäß Figur 4 ist eine Kombination aus der in den Figuren 2 und 3 beschriebenen Anordnungen dargestellt. Hierzu weist der Rotor 9 genau sechs der Spannmittel 13 auf, wobei vier der Spannmittel 13 auf dem ersten Teilkreis 101 und die anderen bei- den Spannmittel auf einem zweiten Teilkreis 102 paarweise gegenüberliegend ange- ordnet sind. Die Spannmittel 13 sind zudem in Umfangsrichtung mit dem ersten und zweiten Umfangsabstand 103, 104 ungleichmäßig voneinander beabstandet, wobei der erste Umfangsabstand 103, z.B. 30 Grad, kleiner ist als der zweite Umfangsab- stand 104, z.B. 60 Grad. Wie der Figur 4 zu entnehmen, weisen die auf dem ersten Teilkreis 101 liegenden Spannmittel 13 jeweils einen unterschiedlichen Umfangsab- stand 103, 104 zu den unmittelbar benachbarten Spannmitteln 13 auf. Die Spannmit- tel 13 auf dem zweiten Teilkreis 102 liegenden Spannmittel 13 weisen hingegen den gleichen Umfangsabstand 104 zu den unmittelbar benachbarten Spannmitteln 13 auf. Es wird somit eine unsymmetrische Steifigkeitsverteilung im Blechpaket 11 durch eine radial ungleichmäßige Verteilung sowie eine umlaufend bzw. zyklisch ungleich- mäßige Verteilung der Spannmittel 13 realisiert. According to FIG. 3, the rotor 9 has exactly four of the clamping means 13, the clamping means 13 being arranged in pairs opposite one another on a common pitch circle 101. The pitch circle 101 is arranged coaxially to the axis of rotation 100 . In other words, the clamping means 13 are each spaced at the same radial distance from the axis of rotation 100 in the radial direction. The clamping means 13 are unequally spaced from one another in the circumferential direction at a first and a second circumferential distance 103, 104, the first circumferential distance 103, eg 30 degrees, being smaller than the second circumferential distance 104, eg 150 degrees. The clamping means 13 are diametrically opposed in pairs on the pitch circle 101 . An asymmetrical distribution of rigidity in the laminated core 11 is thus realized by a circumferential or cyclically non-uniform distribution of the clamping means 13 . According to FIG. 4, a combination of the arrangements described in FIGS. 2 and 3 is shown. For this purpose, the rotor 9 has exactly six of the clamping means 13, with four of the clamping means 13 being arranged in pairs opposite one another on the first pitch circle 101 and the other two clamping means on a second pitch circle 102. The clamping means 13 are also spaced unequally from one another in the circumferential direction with the first and second circumferential spacing 103, 104, the first circumferential spacing 103, for example 30 degrees, being smaller than the second circumferential spacing 104, for example 60 degrees. As can be seen from FIG. 4, the clamping means 13 lying on the first pitch circle 101 each have a different circumferential spacing 103, 104 from the directly adjacent clamping means 13. In contrast, the clamping means 13 lying on the second pitch circle 102 have the same circumferential distance 104 to the directly adjacent clamping means 13 . An asymmetrical rigidity distribution in the laminated core 11 is thus realized by a radially non-uniform distribution and a circumferentially or cyclically non-uniform distribution of the clamping means 13 .
Gemäß Figur 5 weist der Rotor 9 genau acht der Spannmittel 13 auf, wobei die Spannmittel 13 auf einem gemeinsamen Teilkreis 101 gleichmäßig voneinander um die Drehachse 100 verteilt sein. Dabei ist vorgesehen, dass die Spannmittel 13 aus- gebildet sind, das Blechpaket 11 in axialer Richtung mit einer Vorspannkraft F1 , F2, wie in Figur 6 gezeigt, zu beaufschlagen, um die Vorspannung, insbesondere eine Zugspannung, zu erzeugen. Dabei ist vorgesehen, dass ein Betrag der Vorspann- kraft F1 , F2 von mindestens einem der Spannmittel 13 zu mindestens einem in Um- fangsrichtung benachbarten Spannmittel 13 variiert. Beispielsweise weisen die Spannmittel 13 einer ersten Gruppe 14 eine erste Vorspannkraft F1 und die Spann- mittel 13 einer zweiten Gruppe 15 eine zweite Vorspannkraft F2 auf, wobei sich der Betrag der ersten und zweiten Vorspannkraft F1 , F2 voneinander unterscheidet. Bei- spielsweise unterscheidet sich der Betrag zwischen erster und zweiter Vorspannkraft F1 , F2 um mindestens mehr als 15%. Es wird somit eine unsymmetrische Steifig- keitsverteilung im Blechpaket 11 durch eine ungleichmäßige Verteilung der Vor- spannkräfte F1 , F2 realisiert. Optional kann vorgesehen, dass die Vorspannkräfte F1 , F2 der Spannmittel 13 in den Ausführungen gemäß der Figuren 2 bis 4 ebenfalls unterschiedlich sein können. According to FIG. 5, the rotor 9 has exactly eight of the clamping means 13, the clamping means 13 being distributed uniformly from one another around the axis of rotation 100 on a common pitch circle 101. It is provided that the clamping means 13 are designed to apply a prestressing force F1, F2 to the laminated core 11 in the axial direction, as shown in FIG. 6, in order to generate the prestressing, in particular a tensile stress. It is provided that an amount of the prestressing force F1, F2 varies from at least one of the clamping means 13 to at least one clamping means 13 that is adjacent in the circumferential direction. For example, the clamping means 13 of a first group 14 has a first prestressing force F1 and the clamping means 13 of a second group 15 has a second prestressing force F2, with the amount of the first and second prestressing forces F1, F2 differing from one another. For example, the amount between the first and second prestressing force F1, F2 differs by at least more than 15%. An asymmetrical distribution of stiffness in the laminated core 11 is thus realized by an uneven distribution of the prestressing forces F1, F2. Optionally, it can be provided that the pretensioning forces F1, F2 of the tensioning means 13 in the embodiments according to FIGS. 2 to 4 can also be different.
Figur 6 zeigt den Rotor 9 in einem schematischen Längsschnitt entlang der Dreh- achse 100. Der Rotor 9 weist eine erste und ein zweite Endscheibe 16, 17 auf, wel- che endseitig an jeweils einer axialen Stirnseite des Blechpaketes 11 koaxial zur Drehachse 100 angeordnet sind. Die Endscheiben 16, 17 sind dabei separat zu dem Blechpaket 11 sowie der Rotorwelle 10 ausgebildet. Alternativ können die beiden Endscheiben 15, 17 jedoch auch einen Lagerzapfen zur drehbaren Lagerung des Rotors 9 um dessen Drehachse 100 aufweisen. FIG. 6 shows the rotor 9 in a schematic longitudinal section along the axis of rotation 100. The rotor 9 has a first and a second end disk 16, 17, which are arranged at the end on an axial end face of the laminated core 11 coaxially with the axis of rotation 100 . The end plates 16, 17 are formed separately from the laminated core 11 and the rotor shaft 10. Alternatively, however, the two end disks 15, 17 can also have a bearing journal for the rotatable mounting of the rotor 9 about its axis of rotation 100.
Die Spannmittel 13 sind jeweils als Zuganker ausgebildet, wobei die Spannmittel 13 hierzu jeweils ein Schraubenelement 18, insbesondere ein Gewindebolzen, sowie je- weils endseitig auf dem Schraubenelement 18 montierte Sicherungselemente 19, z.B. eine Schraubenmutter, aufweisen. Die Schraubenelemente 18 sind in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse 100 durch jeweils eine Durchgangsöffnung 20 geführt, welche das Blechpaket 11 sowie die beiden Endscheiben 15, 17 durchsetzt. Das Schraubenelement 18 ragt dabei axial über die beiden Endscheiben 16, 17 hin- aus, wobei durch die Montage der Sicherungselemente 19 die beiden Endscheiben 16, 17 an dem Blechpaket 11 fixiert werden und in axialer Richtung mit der jeweiligen Vorspannkraft F1 , F2 beaufschlagt werden. The clamping means 13 are each designed as tie rods, with the clamping means 13 each having a screw element 18, in particular a threaded bolt, and securing elements 19, e.g. a screw nut, mounted on the screw element 18 at each end. The screw elements 18 are guided in the axial direction with respect to the axis of rotation 100 through a respective through opening 20 which passes through the laminated core 11 and the two end plates 15 , 17 . The screw element 18 protrudes axially beyond the two end plates 16, 17, the two end plates 16, 17 being fixed to the laminated core 11 by installing the securing elements 19 and being acted upon in the axial direction by the respective prestressing force F1, F2.
Die Vorspannkraft F1 , F2 kann somit in einfacher Weise durch das Anzugsmoment der Sicherungselemente 19 festgelegt werden. Beispielsweise weist der Rotor 9 bzw. das Blechpaket 11 bei einem Anzugmoment der Sicherungselemente 19 von 5 Nm eine Eigenfrequenz von ca. 1302 Hz, bei 10 Nm eine Eigenfrequenz von ca. 1725 Hz und bei 17 Nm eine Eigenfrequenz von ca. 1990 Hz auf. Je nach Anwendung kann somit die Eigenfrequenz in Abhängigkeit des Anzugsmoments in einen Frequenzbe- reich niedriger Anregung verschoben werden. The prestressing force F1, F2 can thus be determined in a simple manner by the tightening torque of the securing elements 19. For example, the rotor 9 or the laminated core 11 has a natural frequency of approximately 1302 Hz at a tightening torque of the securing elements 19 of 5 Nm, a natural frequency of approximately 1725 Hz at 10 Nm and a natural frequency of approximately 1990 Hz at 17 Nm. Depending on the application, the natural frequency can be shifted to a frequency range of lower excitation depending on the tightening torque.
Figur 7 zeigt den Rotor 9 in einer axialen Ansicht in Bezug auf die Drehachse 100. Die Endscheiben 16, 17, hier nur die erste Endascheibe 16 dargestellt, weisen je- weils einen ersten und einen zweiten Scheibenabschnitt 21 , 22 auf, wobei die Spannmittel 13 der ersten Gruppe 14, insbesondere die jeweiligen Sicherungsele- mente 19, an dem ersten Scheibenabschnitt 21 und die Spannmittel 13 der zweiten Gruppe 15, insbesondere die jeweiligen Sicherungselemente 19, an dem zweiten Scheibenabschnitt 21 abgestützt sind. Der erste und der zweite Scheibenabschnitt 21 , 22 weisen eine ungleichmäßige, aber unwuchtfreie, Materialstärke auf. Beispiels- weise können die beiden Scheibenabschnitte 21 , 22 in axialer Richtung betrachtet eine unterschiedliche Dicke aufweisen. Es wird somit eine ungleichmäßige Verteilung der Vorspannkräfte F1 , F2 und/oder eine ungleichförmige Vorspannung in dem Blechpaket 11 durch die unterschiedlichen Materialstärken, insbesondere die Dicken- variation, der Scheibenabschnitte 21 , 22 realisiert. Figure 7 shows the rotor 9 in an axial view in relation to the axis of rotation 100. The end plates 16, 17, only the first Enda disc 16 shown here, each have a first and a second disc section 21, 22, wherein the Clamping means 13 of the first group 14, in particular the respective securing elements 19, are supported on the first disc section 21 and the clamping means 13 of the second group 15, in particular the respective securing elements 19, are supported on the second disc section 21. The first and the second disc section 21, 22 have an uneven but imbalance-free material thickness. For example, the two disc sections 21, 22 viewed in the axial direction can have different thicknesses. An uneven distribution of the prestressing forces F1, F2 and/or a nonuniform prestressing in the laminated core 11 is thus realized due to the different material thicknesses, in particular the variation in thickness, of the disk sections 21, 22.
Bezuqszeichen reference sign
Fahrzeug vehicle
Antriebsstrang elektrische Maschine Drive train electric machine
Getriebe transmission
Differenzial erstes Fahrzeugrad zweites Fahrzeugrad Differential first vehicle wheel second vehicle wheel
Stator stator
Rotor rotor
10 Rotorwelle 10 rotor shaft
11 Blechpaket 11 laminated core
12 Einzelbleche 12 individual sheets
13 Spannmittel 13 clamping devices
14 erste Gruppe 14 first group
15 zweite Gruppe 15 second group
16 erste Endscheibe 16 first end plate
17 zweite Endscheibe 17 second end plate
18 Schraubenelement 18 screw element
19 Sicherungselement 0 Rotorwelle 1 erster Scheibenabschnitt 2 zweiter Scheibenabschnitt 19 securing element 0 rotor shaft 1 first disc section 2 second disc section
100 Drehachse 100 axis of rotation
101 erster Teilkreis 101 first circle
102 zweiter Teilkreis 102 second circle
103 erster Umfangsabstand 103 first circumferential distance
104 zweiter Umfangsabstand 104 second circumferential distance
F1 erste Vorspannkraft F1 first preload force
F2 zweite Vorspannkraft F2 second biasing force

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Elektrische Maschine (3) mit einem Stator (8) und mit einem relativ zu dem Stator (8) um eine Drehachse (100) drehbar gelagerten Rotor (9), wobei der Stator (8) und/oder der Rotor (9) ein Blechpaket (11 ) aufweist, welches aus mehreren in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse (100) übereinander ge- stapelten Einzelblechen (12) gebildet ist, wobei die Einzelbleche (12) durch mehrere in Umfangsrichtung verteilte Spannmittel (13) mit einer zumindest teilweise in axialer Richtung wirkenden Vorspannung beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag der durch die Spannmittel (13) eingebrachten Vorspannung in Umfangs- richtung des Blechpakets (11 ) variiert, um ein dynamisches Verhalten des Blechpa- ketes (11 ) in einem Betrieb der elektrischen Maschine (3) zu beeinflussen. 1 . Electrical machine (3) with a stator (8) and with a rotor (9) mounted so that it can rotate about an axis of rotation (100) relative to the stator (8), the stator (8) and/or the rotor (9) being a laminated core (11), which is formed from a plurality of individual sheets (12) stacked one on top of the other in the axial direction in relation to the axis of rotation (100), the individual sheets (12) being held by a plurality of clamping means (13) distributed in the circumferential direction with an at least partially in axial direction acting bias are applied, characterized in that an amount of by the clamping means (13) introduced bias in the circumferential direction of the laminated core (11) varies to a dynamic behavior of the laminated core (11) in an operation of the electrical machine (3) to influence.
2. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung des Blechpaketes (11 ) in Kenntnis des dynamischen Verhaltens derart abgestimmt ist, dass in einem Betrieb der elektrischen Maschine (3) erzeugte Eigen- schwingungen des Blechpakets (11 ) gedämpft und/oder Eigenfrequenzen des Blech- pakets (11 ) in einen Bereich niedriger Anregung verschoben sind. 2. Electrical machine (3) according to claim 1, characterized in that the prestressing of the laminated core (11) is coordinated with knowledge of the dynamic behavior such that in operation of the electrical machine (3) generated natural vibrations of the laminated core (11) damped and / or natural frequencies of the laminated core (11) are shifted to a range of low excitation.
3. Elektrische Maschine (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation der Vorspannung durch eine ungleich- mäßig verteilte Anordnung der Spannmittel (13) in dem Blechpaket (11 ) bestimmt oder mitbestimmt ist. 3. Electrical machine (3) according to any one of the preceding claims, characterized in that a variation of the bias by an unevenly distributed arrangement of the clamping means (13) in the laminated core (11) is determined or co-determined.
4. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (13) zyklisch und/oder mit mindestens einer zweifachen Rotationssym- metrie verteilt sind. 4. Electrical machine (3) according to claim 3, characterized in that the clamping means (13) are distributed cyclically and/or with at least twofold rotational symmetry.
5. Elektrische Maschine (3) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (13) paarweise und/oder unwuchtfrei verteilt sind. 5. Electrical machine (3) according to claim 3 or 4, characterized in that the clamping means (13) are distributed in pairs and / or unbalanced.
6. Elektrische Maschine (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Spannmittel (13) auf mindestens zwei unterschiedlichen Teilkrei- sen (101 , 102) angeordnet sind. 6. Electrical machine (3) according to one of claims 3 to 4, characterized in that the clamping means (13) are arranged on at least two different pitch circles (101, 102).
7. Elektrische Maschine (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Spannmittel (13) in Umfangsrichtung mit mindestens zwei unter- schiedlichen Umfangsabständen (103, 104) voneinander beabstandet sind. 7. Electrical machine (3) according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the clamping means (13) are spaced apart from one another in the circumferential direction by at least two different circumferential distances (103, 104).
8. Elektrische Maschine (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Spannmittel (13) das Blechpaket (11 ) in axi- aler Richtung in Bezug auf die Drehachse (100) mit einer Vorspannkraft (F1 , F2) be- aufschlagt, wobei eine Variation der Vorspannung durch ungleichmäßig hohe Vor- spannkräfte (F1 , F2) der Spannmittel (13) bestimmt oder mitbestimmt ist. 8. Electrical machine (3) according to one of the preceding claims, characterized in that each of the clamping means (13) the laminated core (11) in the axial direction in relation to the axis of rotation (100) with a biasing force (F1, F2) be - Strikes, with a variation of the bias by non-uniformly high bias forces (F1, F2) of the clamping means (13) is determined or co-determined.
9. Elektrische Maschine (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel (13) jeweils als in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse (100) durch das Blechpaket (11 ) geführte Zuganker ausge- bildet sind. 9. Electrical machine (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping means (13) are each formed as tie rods guided in the axial direction in relation to the axis of rotation (100) through the laminated core (11).
10. Elektrische Maschine (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Endscheibe (16, 17) in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse (100) endseitig auf dem Blechpaket (11 ) angeordnet ist, wobei die Endscheibe (16, 17) durch die Spannmittel (13) in axialer Richtung mit dem Blechpaket (11 ) verspannt ist, wobei eine Variation der Vorspannung in Umfangsrich- tung durch eine ungleichmäßige Masseverteilung der Endscheibe (16, 17) und/oder eine ungleichmäßige Materialstärke der Endscheibe (16, 17) bestimmt oder mitbe- stimmt ist. 10. Electrical machine (3) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one end plate (16, 17) is arranged in the axial direction in relation to the axis of rotation (100) at the end on the laminated core (11), the end plate (16 , 17) is clamped by the clamping means (13) in the axial direction with the laminated core (11), with a variation of the prestress in the circumferential direction due to an uneven mass distribution of the end plate (16, 17) and/or an uneven material thickness of the end plate ( 16, 17) is determined or co-determined.
11 . Elektrischer Achsantrieb (2) für ein Kraftfahrzeug (1 ) mit mindestens einer elektrischen Maschine (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 11 . Electric axle drive (2) for a motor vehicle (1) with at least one electric machine (3) according to one of the preceding claims.
12. Kraftfahrzeug (1 ) mit der elektrischen Maschine (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder mit dem elektrischen Achsantrieb (2) nach Anspruch 11 . 12. Motor vehicle (1) with the electrical machine (3) according to any one of claims 1 to 9 and / or with the electric axle drive (2) according to claim 11.
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