WO2023186297A1 - Elektrische maschine - Google Patents

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WO2023186297A1
WO2023186297A1 PCT/EP2022/058472 EP2022058472W WO2023186297A1 WO 2023186297 A1 WO2023186297 A1 WO 2023186297A1 EP 2022058472 W EP2022058472 W EP 2022058472W WO 2023186297 A1 WO2023186297 A1 WO 2023186297A1
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rotor
holding body
plastic holding
bearing
stator
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Application number
PCT/EP2022/058472
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Suswedyk
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/083—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K2205/03—Machines characterised by thrust bearings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine, in particular an electric motor, comprising: a stator unit with a ferromagnetic stator body and a one-piece plastic holding body in which the stator body is embedded, and a rotor unit with a rotor shaft which is mounted in the plastic holding body via a shaft radial bearing, and a rotor body attached to the rotor shaft and arranged within the stator body.
  • an axial direction is parallel to the axial direction of the rotor shaft
  • a radial direction is perpendicular to the axial direction of the rotor shaft
  • a transverse plane is transverse to the axial direction of the rotor shaft.
  • the present invention is based on the object of creating a relatively inexpensive and easy-to-assemble electrical machine. This task is achieved by an electrical machine with the features of main claim 1.
  • the electrical machine according to the invention comprises a fixed stator unit and a rotatable rotor unit.
  • the stator unit comprises a ferromagnetic stator body and a one-piece plastic holding body in which the stator body is embedded.
  • the stator body defines a plurality of stator poles distributed along a circumference of the rotor unit.
  • the stator body can be designed as a solid body.
  • the stator body preferably consists of a large number of sheet metal parts which are reliably held together by the plastic holding body. Sheet metal parts lying axially one above the other are generally electrically insulated from one another.
  • a stator body constructed in this way is also referred to as a laminated stator body or a laminated stator body and has particularly low eddy currents during operation of the electrical machine.
  • the stator body is generally made of a ferromagnetic metal.
  • the stator body comprises at least one, typically several, winding support sections, on each of which an electromagnetic stator winding is arranged.
  • the plastic holding body is an injection molded part and is produced by so-called overmolding of the stator body.
  • the plastic holding body can consist entirely of a single plastic material or individual sections of the plastic holding body can consist of different plastic materials.
  • the plastic holding body is typically manufactured in a multi-step injection molding process. In any case exists the entire plastic holding body consists of a single part, that is, all sections of the plastic holding body are cohesively connected to one another, even if they consist of different plastic materials.
  • the plastic holding body serves, among other things, electrical insulation between the stator body and the stator windings, which is why at least one main section of the plastic holding body surrounding the stator body is preferably made of a plastic material with good electrical insulation properties, that is to say with a high specific electrical resistance, typically at least IO 10 Qcm, and a high Dielectric strength exists.
  • the rotor unit includes a rotor shaft, which is mounted in the plastic holding body via a shaft radial bearing, and a rotor body, which is attached to the rotor shaft and is arranged within the stator body.
  • the shaft radial bearing can be set up for exclusively radial storage, or can be set up for radial and axial storage of the rotor shaft.
  • the rotor shaft is mounted in a housing part of the electrical machine via a further shaft radial bearing, which is arranged on a side of the rotor body opposite the shaft radial bearing arranged on the plastic holding body.
  • the rotor body can be designed as a solid, permanent magnetic body, can be designed to carry at least one permanent magnet, or can be designed to carry at least one electromagnetic rotor winding. In the latter two cases, the rotor body generally consists of a ferromagnetic metal and can either be formed as a solid body or of several interconnected individual parts, typically
  • the shaft radial bearing is a plain bearing, with a sliding surface being formed by the plastic holding body, so that no additional components that would have to be mounted on the plastic holding body are required for the radial mounting of the rotor shaft on the plastic holding body.
  • at least one bearing section of the plastic holding body forming the sliding surface consists of a plastic material with good tribological properties.
  • the electrical machine according to the invention can be assembled relatively easily and manufactured relatively inexpensively.
  • the entire plastic holding body consists of a single plastic material. This enables relatively simple and cost-effective production of the plastic holding body.
  • the plastic holding body can be produced in a single injection molding step.
  • the plastic material used here preferably has both relatively good electrical insulation properties and relatively good tribological properties.
  • a bearing section of the plastic holding body forming the sliding surface and a main section of the plastic holding body surrounding the stator body are made of different plastic materials.
  • plastic material with particularly good tribological properties are used for the main section and the bearing section.
  • the use of different plastic materials for the main section and the bearing section therefore enables the realization of a particularly reliable and efficient electrical machine.
  • a relatively inexpensive plastic material - particularly in comparison to the plastic material used for the bearing section - is used for the relatively large-volume main section.
  • the plastic holding body made of different plastic materials is typically produced in a multi-step injection molding process, in which in a first step the main section is produced by overmolding the stator body, and in a following step the bearing section is injection molded onto the main section.
  • the plastic holding body preferably comprises a spoke structure via which the bearing section forming the sliding surface is connected to the main section surrounding the stator body.
  • the spoke structure extends essentially in a transverse plane and connects the radially inner bearing section with the radially outer main section.
  • the spoke structure makes it possible to achieve a mechanically stable connection between the bearing section and the main section with relatively little use of material. This allows a relatively lightweight electrical machine to be created.
  • the spoke structure also makes it possible to design the entire plastic holding body with a relatively homogeneous wall thickness and at the same time to realize a mechanically stable connection between the bearing section and the main section.
  • the relatively homogeneous wall thickness in turn enables particularly simple production of the plastic holding body using the injection molding process.
  • the spoke structure can be flowed through axially in order to enable efficient cooling of the electrical machine, in particular also of the shaft radial bearing designed as a plain bearing.
  • the rotor shaft extends axially through the shaft radial bearing and, for axially supporting the rotor shaft, an axial bearing element is arranged on an axial side of the shaft radial bearing facing away from the rotor body, which is attached to the rotor shaft and rests axially on the plastic holding body.
  • the axial bearing element preferably rests on the bearing section of the plastic holding body which forms the sliding surface and which preferably consists of a plastic material with particularly good tribological properties. Reliable axial mounting of the rotor shaft can be achieved in a simple manner via the axial bearing element resting on the plastic holding body.
  • a thrust washer that radially surrounds the rotor shaft is arranged, against which the rotor body or a component of the rotor unit connected to it rests axially.
  • the axial bearing element is a pinion arranged at an axial end of the rotor shaft, which serves for mechanical coupling with a device driving the rotor unit of the electrical machine or a device driven by the rotor unit of the electrical machine, so that no additional component needs to be provided for the axial bearing element .
  • Figure 1 is a sectional view of an electrical machine according to the invention.
  • FIG. 2 shows an axial plan view of the electrical machine from FIG.
  • the figures show an electrical machine 10 with a housing 12 in which a fixed stator unit 14 and a rotatable rotor unit 16 are arranged.
  • the stator unit 14 includes a stator body 18, which consists of a plurality of ferromagnetic sheet metal parts 181, which are stacked in the axial direction to form a laminated core 182.
  • the stator body 18 comprises six winding support sections 183, on each of which a stator winding 20 is arranged.
  • the stator unit comprises a one-piece plastic holding body 22, in which the stator body 18 is embedded.
  • the plastic holding body 22 is an injection molded part that is produced by overmolding the stator body 18.
  • the plastic holding body 22 comprises a main section 221, a spoke structure 222 and a bearing section 223.
  • the main section 221 is that section of the plastic holding body 22 in which the stator body 18 is embedded, i.e. the section that surrounds the stator body 18.
  • the spoke structure 222 extends essentially in a transverse plane and is arranged on an axial end face of the main section 221.
  • the spoke structure 222 includes a plurality of spokes 2221 and openings 2222 formed between the spokes 2221, through which the spoke structure 222 can be flowed through axially.
  • the bearing section 223 is essentially ring-shaped and arranged in the center of the spoke structure 222.
  • the bearing section 223 has a cylindrical rotor shaft opening 2231, the inner surface of which forms a sliding surface 241 of a first shaft radial bearing 24 designed as a sliding bearing.
  • the entire plastic holding body 22 can consist of a single plastic material, which advantageously has both relatively good electrical insulation properties and relatively good tribological properties.
  • the main section 221 and the bearing section 223 can also consist of different plastic materials, the plastic material used for the main section 221 advantageously having particularly good electrical insulation properties and the plastic material used for the bearing section 223 advantageously having particularly good tribological properties.
  • the spoke structure 222 either consists of the same plastic material as the bearing section 223 and is molded together with it onto the main section 221 produced in a first injection molding step, or the spoke structure 222 consists of the same plastic material as the main section 221 and is molded together with it in the first Injection molding step produced, whereby the bearing section 223 is then injected onto the spoke structure 222.
  • the rotor unit 16 comprises a rotor shaft 26 and a rotor body 28 attached to the rotor shaft 26.
  • the rotor shaft 26 is mounted on a first axial side of the rotor body 28 via the first shaft radial bearing 24 in the plastic holding body 22, the rotor shaft 26 extends through the rotor shaft opening 2231 of the plastic holding body 22 and an outer surface 261 of the rotor shaft 26 is in frictional contact with the sliding surface 241.
  • the rotor shaft 26 is mounted in the housing 12 on a second axial side of the rotor body 28 via a second shaft radial bearing 30, which is also designed as a plain bearing.
  • the second shaft bearing here comprises an annular radial bearing element 301 which radially surrounds the rotor shaft 26.
  • the rotor shaft 26 is mounted axially via the rotor body 28 and an axial bearing element 32 fastened to one end of the rotor shaft 26 on the side of the bearing section 223 of the plastic holding body 22 facing away from the rotor body 28.
  • the rotor body 28 rests axially on an annular thrust washer 34 arranged between the bearing section 223 of the plastic holding body 22 and the rotor body 28, and the axial bearing element 32 rests axially on a side of the bearing section 223 facing away from the rotor body 28.
  • the axial bearing element 32 here is a pinion that serves for mechanical coupling with a device driving the rotor unit 16 or a device driven by the rotor unit 16.
  • the rotor body 28 is arranged within the stator body 18 and consists of a large number of sheet metal parts 281, which are stacked in the axial direction to form a laminated core 282.
  • Four permanent magnets 36 are embedded in the rotor body 28.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (10), umfassend: - eine Statoreinheit (14) mit * einem ferromagnetischen Statorkörper (18) und * einem einstückigen Kunststoffhaltekörper (22), in den der Statorkörper (18) eingebettet ist, und - eine Rotoreinheit (16) mit * einer Rotorwelle (26), die über ein Wellenradiallager (24) in dem Kunststoffhaltekörper (22) gelagert ist, und * einem Rotorkörper (28), der an der Rotorwelle (26) befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers (18) angeordnet ist. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine (10) das Wellenradiallager (24) ein Gleitlager ist, wobei eine Gleitfläche (241) durch den Kunststoffhaltekörper (22) gebildet ist, ist die erfindungsgemäße elektrische Maschine (10) relativ kostengünstig und einfach montierbar.

Description

B E S C H R E I B U N G
Elektrische Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, umfassend : eine Statoreinheit mit einem ferromagnetischen Statorkörper und einem einstückigen Kunststoffhaltekörper, in den der Statorkörper eingebettet ist, und eine Rotoreinheit mit einer Rotorwelle, die über ein Wellenradiallager in dem Kunststoffhaltekörper gelagert ist, und einem Rotorkörper, der an der Rotorwelle befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers angeordnet ist.
Wenn nicht anders definiert, ist im Folgenden eine axiale Richtung parallel zu der axialen Richtung der Rotorwelle, eine radiale Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Rotorwelle, und eine Querebene quer zu der axialen Richtung der Rotorwelle.
Aus der EP 1 420 502 A2 ist eine gattungsgemäße elektrische Maschine bekannt, bei der das Wellenradiallager ein Nadellager ist, das in einer durch den Kunststoffhaltekörper gebildeten Lageraufnahme angeordnet ist.
Aus der EP 1 422 809 A2 ist ferner eine gattungsgemäße elektrische Maschine bekannt, bei der das Wellenradiallager ein Gleitlager ist, wobei eine das Gleitlager bildende Gleitlagerhülse in einer durch den Kunststoffhaltekörper gebildeten Lageraufnahme angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ kostengünstige und einfach montierbare elektrische Maschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst eine feststehende Statoreinheit und eine drehbare Rotoreinheit.
Die Statoreinheit umfasst einen ferromagnetischen Statorkörper und einen einstückigen Kunststoffhaltekörper, in den der Statorkörper eingebettet ist. Typischerweise definiert der Statorkörper mehrere entlang eines Umfangs der Rotoreinheit verteilt angeordnete Statorpole. Der Statorkörper kann als massiver Körper ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht der Statorkörper jedoch aus einer Vielzahl von Metallblechteilen, die durch den Kunststoffhaltekörper zuverlässig zusammengehalten werden. Axial übereinanderliegende Metallblechteile sind hierbei im Allgemeinen elektrisch voneinander isoliert. Ein derartig aufgebauter Statorkörper wird auch als laminierter Statorkörper oder als geblechter Statorkörper bezeichnet und weist im Betrieb der elektrischen Maschine besonders geringe Wirbelströme auf. Der Statorkörper besteht im Allgemeinen aus einem ferromagnetischen Metall. Der Statorkörper umfasst mindestens einen, typischerweise mehrere Wicklungstragabschnitte, an denen jeweils eine elektromagnetische Statorwicklung angeordnet ist.
Typischerweise ist der Kunststoffhaltekörper ein Spritzgussteil und wird durch sogenanntes Umspritzen des Statorkörpers hergestellt. Der Kunststoffhaltekörper kann vollständig aus einem einzigen Kunststoffmaterial bestehen oder es können einzelne Abschnitte des Kunststoffhaltekörpers aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen. Im zweiten Fall wird der Kunststoffhaltekörper typischerweise in einem mehrschrittigen Spritzgussprozess hergestellt. In jedem Fall besteht der gesamte Kunststoffhaltekörper aus einem einzigen Teil, das heißt, alle Abschnitte des Kunststoffhaltekörpers sind stoffschlüssig miteinander verbunden, auch wenn diese aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen. Der Kunststoffhaltekörper dient unter anderem der elektrischen Isolation zwischen dem Statorkörper und den Statorwicklungen, weshalb zumindest ein den Statorkörper umgebender Hauptabschnitt des Kunststoffhaltekörpers vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial mit gute elektrischen Isolationseigenschaften, also mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand, typischerweise mindestens IO10 Qcm, und einer hohen Durchschlagfestigkeit, besteht.
Die Rotoreinheit umfasst eine Rotorwelle, die über ein Wellenradiallager in dem Kunststoffhaltekörper gelagert ist, und einen Rotorkörper, der an der Rotorwelle befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers angeordnet ist. Das Wellenradiallager kann zur ausschließlich radialen Lagerung eingerichtet sein, oder kann zur radialen und axialen Lagerung der Rotorwelle eingerichtet sein. Typischerweise ist die Rotorwelle über ein weiteres Wellenradiallager, das auf einer dem an dem Kunststoffhaltekörper angeordneten Wellenradiallager gegenüberliegenden Seite des Rotorkörpers angeordnet ist, in einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine gelagert.
Der Rotorkörper kann als massiver, permanentmagnetischer Körper ausgebildet sein, kann eingerichtet sein, mindestens einen Permanentmagnet zu tragen, oder kann eingerichtet sein, mindestens eine elektromagnetische Rotorwicklung zu tragen. In den letzten beiden Fällen besteht der Rotorkörper im Allgemeinen aus einem ferromagnetischen Metall und kann entweder als massiver Körper ausgebildet sein oder aus mehreren miteinander verbundenen Einzelteilen, typischerweise
Metallblechteilen, bestehen. Erfindungsgemäß ist das Wellenradiallager ein Gleitlager, wobei eine Gleitfläche durch den Kunststoffhaltekörper gebildet ist, sodass für die radiale Lagerung der Rotorwelle an dem Kunststoffhaltekörper keine zusätzlichen Bauteile, die an dem Kunststoffhaltekörper montiert werden müssten, erforderlich sind. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Maschine wird hierdurch sowohl die Anzahl von Bauteilen als auch die Anzahl von Montageschritten reduziert. Vorzugsweise besteht zumindest ein die Gleitfläche bildender Lagerabschnitt des Kunststoffhaltekörpers aus einem Kunststoffmaterial mit guten tribologischen Eigenschaften.
Aufgrund der reduzierten Anzahl von Bauteilen und Montageschritten kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine relativ einfach montiert und relativ kostengünstig hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht der gesamte Kunststoffhaltekörper aus einem einzigen Kunststoffmaterial. Dies ermöglicht eine relativ einfache und kostengünstige Herstellung des Kunststoffhaltekörpers. Insbesondere kann der Kunststoffhaltekörper in einem einzigen Spritzgussschritt hergestellt werden. Das verwendete Kunststoffmaterial weist hierbei vorzugsweise sowohl relativ gute elektrische Isolationseigenschaften als auch relativ gute tribologische Eigenschaften auf.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung bestehen ein die Gleitfläche bildender Lagerabschnitt des Kunststoffhaltekörpers und ein den Statorkörper umgebender Hauptabschnitt des Kunststoffhaltekörpers aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien. Dies ermöglicht es beispielsweise, für den Hauptabschnitt ein Kunststoffmaterial mit besonders guten elektrischen Isolationseigenschaften zu verwenden, und für den Lagerabschnitt ein Kunststoffmaterial mit besonders guten tribologischen Eigenschaften zu verwenden. Die Verwendung verschiedener Kunststoffmaterialien für den Hauptabschnitt und den Lagerabschnitt ermöglicht daher die Realisierung einer besonders zuverlässigen und effizienten elektrischen Maschine. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass für den relativ großvolumigen Hauptabschnitt ein - insbesondere im Vergleich zum für den Lagerabschnitt verwendeten Kunststoffmaterial - relativ günstiges Kunststoffmaterial verwendet wird. Der aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehende Kunststoffhaltekörper wird typischerweise in einem mehrschrittigen Spritzgussprozess hergestellt, wobei in einem ersten Schritt der Hauptabschnitt durch Umspritzen des Statorkörpers hergestellt wird, und in einem folgenden Schritt der Lagerabschnitt an den Hauptabschnitt angespritzt wird.
Vorzugsweise umfasst der Kunststoffhaltekörper eine Speichenstruktur, über die der die Gleitfläche bildende Lagerabschnitt mit dem den Statorkörper umgebenden Hauptabschnitt verbunden ist. Die Speichenstruktur erstreckt sich im Wesentlichen in einer Querebene und verbindet den radial inneren Lagerabschnitt mit dem radial äußeren Hauptabschnitt. Die Speichenstruktur ermöglicht es, mit relativ geringem Materialeinsatz eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Lagerabschnitt und dem Hauptabschnitt zu realisieren. Hierdurch kann eine relativ leichtgewichtige elektrische Maschine geschaffen werden. Die Speichenstruktur ermöglicht es ferner, den gesamten Kunststoffhaltekörper mit einer relativ homogenen Wandstärke auszubilden und gleichzeitig eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Lagerabschnitt und dem Hauptabschnitt zu realisieren. Die relativ homogene Wandstärke ermöglicht wiederum eine besonders einfache Herstellung des Kunststoffhaltekörpers im Spritzgussverfahren. Besonders bevorzugt ist die Speichenstruktur axial durchströmbar, um eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine, insbesondere auch des als Gleitlager ausgebildeten Wellenradiallagers, zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Rotorwelle axial durch das Wellenradiallager hindurch und ist zur axialen Lagerung der Rotorwelle auf einer von dem Rotorkörper abgewandten axialen Seite des Wellenradiallagers ein Axiallagerelement angeordnet, das an der Rotorwelle befestigt ist und axial an dem Kunststoffhaltekörper anliegt. Vorzugsweise liegt das Axiallagerelement hierbei an dem die Gleitfläche bildenden Lagerabschnitt des Kunststoffhaltekörpers an, der vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial mit besonders guten tribologischen Eigenschaften besteht. Über das an dem Kunststoffhaltekörper anliegende Axiallagerelement kann auf einfache Weise eine zuverlässige axiale Lagerung der Rotorwelle realisiert werden. Vorzugsweise ist hierbei auf einer dem Axiallagerelement gegenüberliegenden Seite des Wellenradiallagers zwischen dem Rotorkörper und dem Kunststoffhaltekörper eine die Rotorwelle radial umschließende Anlaufscheibe angeordnet, an der der Rotorkörper oder eine mit diesem verbundene Komponente der Rotoreinheit axial anliegt.
Besonders bevorzugt, ist das Axiallagerelement ein an einem axialen Ende der Rotorwelle angeordnetes Ritzel, das der mechanischen Kopplung mit einer die Rotoreinheit der elektrischen Maschine antreibenden oder einer durch die Rotoreinheit der elektrischen Maschine angetriebenen Vorrichtung dient, sodass für das Axiallagerelement kein zusätzliches Bauteil vorgesehen werden muss.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigt: Figur 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, und
Figur 2 eine axiale Draufsicht der elektrischen Maschine aus Figur 1, wobei zwecks besserer Erkennbarkeit der Ausgestaltung eines Kunststoffhaltekörpers ein an einem Ende einer Rotorwelle angeordnetes Ritzel nicht dargestellt ist.
Die Figuren zeigen eine elektrische Maschine 10 mit einem Gehäuse 12, in dem eine feststehende Statoreinheit 14 und eine drehbare Rotoreinheit 16 angeordnet sind.
Die Statoreinheit 14 umfasst einen Statorkörper 18, der aus einer Vielzahl von ferromagnetischen Metallblechteilen 181 besteht, die in axialer Richtung zu einem Blechpaket 182 gestapelt sind. Der Statorkörper 18 umfasst sechs Wicklungstragabschnitte 183, an denen jeweils eine Statorwicklung 20 angeordnet ist.
Die Statoreinheit umfasst einen einstückigen Kunststoffhaltekörper 22, in den der Statorkörper 18 eingebettet ist. Im Speziellen ist der Kunststoffhaltekörper 22 ein Spritzgussteil, das durch Umspritzen des Statorkörpers 18 hergestellt ist. Der Kunststoffhaltekörper 22 umfasst einen Hauptabschnitt 221, eine Speichenstruktur 222 und einen Lagerabschnitt 223. Der Hauptabschnitt 221 ist hierbei derjenige Abschnitt des Kunststoffhaltekörpers 22, in den der Statorkörper 18 eingebettet ist, also derjenige Abschnitt, der den Statorkörper 18 umgibt.
Die Speichenstruktur 222 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Querebene und ist an einer axialen Stirnseite des Hauptabschnitts 221 angeordnet. Die Speichenstruktur 222 umfasst eine Vielzahl von Speichen 2221 und zwischen den Speichen 2221 ausgebildeten Öffnungen 2222, über welche die Speichenstruktur 222 axial durchströmbar ist.
Der Lagerabschnitt 223 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und im Zentrum der Speichenstruktur 222 angeordnet. Der Lagerabschnitt 223 weist eine zylinderförmige Rotorwellenöffnung 2231 auf, deren Innenfläche eine Gleitfläche 241 eines als Gleitlager ausgebildeten ersten Wellenradiallagers 24 bildet.
Der gesamte Kunststoffhaltekörper 22 kann aus einem einzigen Kunststoffmaterial bestehen, das vorteilhafterweise sowohl relativ gute elektrische Isolationseigenschaften als auch relativ gute tribologische Eigenschaften aufweist. Alternativ können der Hauptabschnitt 221 und der Lagerabschnitt 223 auch aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen, wobei das für den Hauptabschnitt 221 verwendete Kunststoffmaterial vorteilhafterweise besonders gute elektrische Isolationseigenschaften aufweist und das für den Lagerabschnitt 223 verwendete Kunststoffmaterial vorteilhafterweise besonders gute tribologische Eigenschaften aufweist. Die Speichenstruktur 222 besteht entweder aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie der Lagerabschnitt 223 und wird zusammen mit diesem an den in einem ersten Spritzgussschritt hergestellten Hauptabschnitt 221 angespritzt, oder die Speichenstruktur 222 besteht aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie der Hauptabschnitt 221 und wird zusammen mit diesem in dem ersten Spritzgussschritt hergestellt, wobei anschließend der Lagerabschnitt 223 an die Speichenstruktur 222 angespritzt wird.
Die Rotoreinheit 16 umfasst eine Rotorwelle 26 und einen an der Rotorwelle 26 befestigten Rotorkörper 28. Die Rotorwelle 26 ist auf einer ersten axialen Seite des Rotorkörpers 28 über das erste Wellenradiallager 24 in dem Kunststoffhaltekörper 22 gelagert, wobei sich die Rotorwelle 26 durch die Rotorwellenöffnung 2231 des Kunststoffhaltekörpers 22 hindurch erstreckt und eine Außenfläche 261 der Rotorwelle 26 in Reibkontakt mit der Gleitfläche 241 steht. Die Rotorwelle 26 ist auf einer zweiten axialen Seite des Rotorkörpers 28 über ein ebenfalls als Gleitlager ausgebildetes zweites Wellenradiallager 30 in dem Gehäuse 12 gelagert. Das zweite Wellenlager umfasst hierbei ein ringförmiges, die Rotorwelle 26 radial umschließendes Radiallagerelement 301.
Die Rotorwelle 26 ist axial über den Rotorkörper 28 und ein auf der von dem Rotorkörper 28 abgewandten Seite des Lagerabschnitts 223 des Kunststoffhaltekörpers 22 an einem Ende der Rotorwelle 26 befestigten Axiallagerelement 32 gelagert. Hierbei liegt der Rotorkörper 28 axial an einer zwischen dem Lagerabschnitt 223 des Kunststoffhaltekörpers 22 und dem Rotorkörper 28 angeordneten, ringförmigen Anlaufscheibe 34 an, und liegt das Axiallagerelement 32 axial an einer von dem Rotorkörper 28 abgewandten Seite des Lagerabschnitts 223 an. Das Axiallagerelement 32 ist hier ein Ritzel, das der mechanischen Kopplung mit einer die Rotoreinheit 16 antreibenden oder einer durch die Rotoreinheit 16 angetriebenen Vorrichtung dient.
Der Rotorkörper 28 ist innerhalb des Statorkörpers 18 angeordnet und besteht aus einer Vielzahl von Metallblechteilen 281, die in axialer Richtung zu einem Blechpaket 282 gestapelt sind. In den Rotorkörper 28 sind vier Permanentmagnete 36 eingebettet.
Bezugszeichenliste
10 elektrische Maschine
12 Gehäuse
14 Statoreinheit
16 Rotoreinheit
18 Statorkörper
181 Metallblechteile
182 Blechpaket
183 Wicklungstragabschnitte
20 Statorwicklungen
22 Kunststoffhaltekörper
221 Hauptabschnitt
222 Speichenstruktur
2221 Speichen
2222 Öffnungen
223 Lagerabschnitt
2231 Rotorwellenöffnung
24 erstes Wellenradiallager
241 Gleitfläche
26 Rotorwelle
261 Außenfläche
28 Rotorkörper
281 Metallblechteile
282 Blechpaket
30 zweites Wellenradiallager
301 Radiallagerelement
32 Axiallagerelement
34 Anlaufscheibe
36 Permanentmagnete

Claims

Pierburg GmbH, 41460 Neuss P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Elektrische Maschine (10), umfassend:
- eine Statoreinheit (14) mit
• einem ferromagnetischen Statorkörper (18) und
• einem einstückigen Kunststoffhaltekörper (22), in den der Statorkörper (18) eingebettet ist, und
- eine Rotoreinheit (16) mit
• einer Rotorwelle (26), die über ein Wellenradiallager (24) in dem Kunststoffhaltekörper (22) gelagert ist, und
• einem Rotorkörper (28), der an der Rotorwelle (26) befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenradiallager (24) ein Gleitlager ist, wobei eine Gleitfläche (241) durch den Kunststoffhaltekörper (22) gebildet ist.
2. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei der gesamte Kunststoffhaltekörper (22) aus einem einzigen Kunststoffmaterial besteht.
3. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei ein die Gleitfläche (241) bildender Lagerabschnitt (223) des Kunststoffhaltekörpers (22) und ein den Statorkörper (18) umgebender Hauptabschnitt (221) des Kunststoffhaltekörpers (22) aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen.
4. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Kunststoffhaltekörper (22) eine
Speichenstruktur (222) umfasst, über die ein die Gleitfläche (241) bildender Lagerabschnitt (223) mit einem den Statorkörper (18) umgebenden Hauptabschnitt (221) verbunden ist. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 4, wobei die Speichenstruktur (222) axial durchströmbar ist. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Rotorwelle (26) durch das Wellenradiallager (24) hindurch erstreckt und auf einer von dem Rotorkörper (28) abgewandten axialen Seite des Wellenradiallagers (24) ein Axiallagerelement (32) angeordnet ist, das an der Rotorwelle (26) befestigt ist und axial an dem Kunststoffhaltekörper (22) anliegt. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 6, wobei das Axiallagerelement (32) ein an einem axialen Ende der Rotorwelle (26) angeordnetes Ritzel ist.
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