WO2024183997A1 - Rotor für eine elektrische maschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs, sowie elektrische maschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Rotor für eine elektrische maschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs, sowie elektrische maschine, insbesondere für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2024183997A1
WO2024183997A1 PCT/EP2024/052873 EP2024052873W WO2024183997A1 WO 2024183997 A1 WO2024183997 A1 WO 2024183997A1 EP 2024052873 W EP2024052873 W EP 2024052873W WO 2024183997 A1 WO2024183997 A1 WO 2024183997A1
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WO
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rotor
axial direction
laminated core
star disk
shaft
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Ulrich Landersdorfer
Anna Birzle
Klaus Wolf
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • 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
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts

Definitions

  • the invention relates to a rotor for an electrical machine, in particular of a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to an electrical machine, in particular for a motor vehicle, with such a rotor.
  • WO 2020/099048 A1 discloses a support device for a rotor of a separately excited internal rotor synchronous machine of an electrically driven motor vehicle, with a star disk which can be arranged on a laminated core of the rotor between a front side of the laminated core and winding heads of rotor windings of the rotor protruding on the front side. Furthermore,
  • DE 102018 009 845 A1 discloses a rotor for an electrical machine.
  • US 1 450 521 discloses an electrical machine.
  • An electrical machine is known from DE 6 47315 C.
  • DE 102013 208 856 A1 discloses a rotor of a flywheel storage device, comprising an axial stack of a plurality of sheet metal disks.
  • a rotor of an electric motor is known from DE 10 2020203 483 A1, wherein sheet metal packages are provided which are arranged with a clearance fit on a rotor shaft of the rotor.
  • a first clamping disk and a second clamping disk are provided which are arranged on the rotor shaft and clamp the sheet metal packages between them in the axial direction and thereby fix them.
  • a rotor for an electrical machine can be seen as known from DE 102020 112 037 A1.
  • the object of the present invention is to provide a rotor for an electrical machine, in particular of a motor vehicle, and an electrical machine, in particular for a motor vehicle, so that a particularly advantageous operation of the electrical machine can be ensured, in particular also over a long service life of the electrical machine.
  • a first aspect of the invention relates to a rotor for an electric machine, in particular of a motor vehicle.
  • the motor vehicle which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, and is also simply referred to as a vehicle, has the electric machine in its fully manufactured state and can be driven by means of the electric machine, in particular purely electrically.
  • the motor vehicle is thus, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle, in particular a battery-electric vehicle (BEV).
  • BEV battery-electric vehicle
  • the electric machine is preferably a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 volts, in particular greater than 60 volts, and very preferably amounts to several hundred volts.
  • the electric machine in its fully manufactured state has the rotor and the stator, by means of which the rotor can be driven and can therefore be rotated about a machine axis of rotation relative to the stator.
  • the electric machine can provide drive torques via its rotor, by means of which the motor vehicle can be driven, in particular purely electrically.
  • the rotor has a rotor shaft, via which the electric machine can, for example, provide the drive torque.
  • the rotor also has a laminated core, which is formed separately from the rotor shaft and arranged on the rotor shaft.
  • the laminated core is connected to the rotor shaft in a rotationally fixed manner.
  • the rotor also has at least one star disk, which is also referred to as the first star disk. When the star disk is mentioned above and below, this means the first star disk, unless otherwise stated.
  • the star disk is formed separately from the laminated core and separately from the rotor shaft.
  • the star disk is arranged on the rotor shaft.
  • the star disk adjoins the laminated core in the axial direction of the rotor, the axial direction of which coincides with the machine's axis of rotation.
  • the star disk adjoins an axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor, the axial end face also being referred to as the first axial end face.
  • the laminated core ends at the axial end face in the axial direction of the rotor.
  • a shaft nut is provided, which is designed in particular separately from the rotor shaft, separately from the laminated core and separately from the star disk, which adjoins the star disk in the axial direction of the rotor, in particular such that the shaft nut is arranged on a side of the star disk that points away from the laminated core in the axial direction of the rotor, and thus faces away from the laminated core, in particular the front side.
  • the shaft nut is screwed, in particular directly, onto the rotor shaft, which is also referred to simply as the shaft, so that the star disk is clamped in the axial direction of the rotor against the laminated core, in particular against the first axial front side, by means of the shaft nut.
  • the shaft nut is preferably screwed directly onto the rotor shaft and thus preferably screwed directly to the shaft.
  • the shaft in particular an outer peripheral surface of the shaft, preferably has a first thread, which is designed in particular as a first external thread.
  • the shaft nut, in particular an inner circumferential surface of the shaft nut has a second thread corresponding to the first thread, which is preferably designed as a first internal thread.
  • the threads are screwed directly into one another and thus directly screwed together, whereby the shaft nut is screwed onto the rotor shaft and is screwed and thus tensioned in the axial direction at least indirectly, in particular directly, against the star disk, in particular against the said side of the star disk.
  • the star disk is tensioned against the laminated core, in particular against the first axial end face of the laminated core.
  • the shaft nut most preferably lies directly against the said side of the star disk in the axial direction of the rotor, so that the shaft nut is preferably supported directly on the side of the star disk in the axial direction of the rotor.
  • the invention is based in particular on the following findings and considerations:
  • the laminated core is usually compressible and thus deformable for technical reasons, in particular in the axial direction of the rotor.
  • the deformability of the laminated core can lead to stresses as well as elastic and/or plastic deformations or displacements, particularly at high speeds of the electrical machine. This can lead to imbalances, particularly during operation of the electrical machine, which can lead to increased wear and/or acoustic impairments.
  • the rotor has at least one winding, in particular several windings, wherein the respective winding is also referred to as the rotor winding.
  • the winding is wound around the laminated core and preferably around the star disk.
  • the winding is made of a particularly metallic wire, which is thus made of a metallic material such as copper and can be designed as a copper wire, for example.
  • the displacements mentioned can lead to tensions in the winding, in particular in the wire, so that damage such as cracks in the wire can occur.
  • the invention now makes it possible to clamp the star disk firmly against the laminated core in the axial direction by means of the shaft nut, thereby creating an axially very rigid block which comprises at least the laminated core, the star disk and the shaft nut.
  • the block is clamped in the axial direction by means of the shaft nut, which makes the block less sensitive to elastic and plastic changes, in particular due to speed and temperature, compared to conventional solutions.
  • the axial clamping caused by the shaft nut can prevent so-called dishing of individual sheets of the laminated core.
  • the laminated core is formed from several sheet metal segments which are formed separately from one another and, for example, connected to one another, which can be the sheets mentioned above.
  • the sheet metal segments follow one another in the axial direction of the rotor and/or in the circumferential direction of the rotor running around the axial direction of the rotor.
  • the dishing effect also known as the plate effect, can arise because the sheets, also known as individual sheets, deform on one side when they are shrunk onto the rotor shaft, particularly due to punching and punching tearing.
  • the laminated core is connected to the rotor shaft by means of a press fit, that is to say in particular by means of a press fit, whereby the laminated core is connected to the rotor shaft in such a way that relative rotations between the laminated core and the rotor shaft around the machine rotation axis are avoided and preferably that relative movements in the axial direction between the laminated core and the rotor shaft are avoided.
  • the laminated core is connected to the rotor shaft in a rotationally fixed manner by means of the press fit.
  • the star disk adjoins the first axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor.
  • a further embodiment is characterized by the fact that the star disk lies directly against the first axial face of the laminated core in the axial direction of the rotor. This makes it possible to achieve a particularly advantageous, high rigidity of the block, so that particularly smooth running and thus particularly advantageous operation of the electrical machine can be guaranteed.
  • a collar of the rotor shaft also referred to as a shaft collar
  • a shaft collar is arranged on a second axial end face of the laminated core, which faces away from the first axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor and thus away from the star disk and the shaft nut.
  • the laminated core ends at the second axial end face in the axial direction of the rotor.
  • the laminated core is supported at least indirectly, in particular directly, on the collar in the axial direction of the rotor.
  • the laminated core, in particular the second axial end face of the laminated core is supported at least indirectly, in particular directly, on the collar in the axial direction of the rotor, so that, for example, the laminated core, in particular the second axial end face of the laminated core, rests at least indirectly, in particular directly, on the collar in the axial direction of the rotor.
  • the laminated core, in particular the second axial end face of the laminated core is clamped at least indirectly, in particular directly, against the collar by means of the shaft nut in the axial direction of the rotor.
  • a further shaft nut to be arranged on the second axial end face of the laminated core, which is screwed, in particular directly, onto the rotor shaft and bolted to the rotor shaft, in particular directly.
  • the previous and following statements on the first shaft nut can also be easily transferred to the second shaft nut and vice versa.
  • the shaft nut is mentioned above and below, this means the first shaft nut unless otherwise stated.
  • the laminated core to be supported at least indirectly on the further shaft nut in the axial direction of the rotor.
  • the laminated core is supported at least indirectly on the collar in the axial direction of the rotor and is clamped against the collar.
  • the collar represents a stop that is easy and inexpensive to produce and is positioned precisely and in a defined manner relative to the rest of the rotor shaft in the axial direction of the rotor.
  • a dimensional chain can be constructed in a simple and defined manner and the rotor can be manufactured easily.
  • the laminated core and the star disk can be clamped tightly against the collar using a shaft nut, so that a high level of tension and rigidity of the block can be achieved. This ensures particularly smooth running and therefore particularly advantageous operation of the electrical machine.
  • a further embodiment is characterized in that a second star disk is arranged in the axial direction of the rotor between the collar and the second axial end face of the laminated core.
  • the second star disk is preferably designed separately from the rotor shaft, separately from the laminated core, separately from the first star disk and separately from the shaft nut.
  • the laminated core is supported on the collar by means of the second star disk, i.e. via the second star disk in the axial direction of the rotor, wherein the laminated core is tensioned against the collar by means of the shaft nut in the axial direction of the rotor by means of the second star disk and thus via the second star disk.
  • the aforementioned block has the second star disk.
  • the winding is (also) wound around the second star disk.
  • a further embodiment is characterized in that the second star disk rests directly on the collar in the axial direction of the rotor on the one hand and directly on the second axial end face of the laminated core on the other hand.
  • the second star disk has a second side, in particular a second end face, pointing away from the laminated core in the axial direction of the rotor, in particular from the second axial end face of the laminated core, and from the first star disk and the shaft nut and facing the collar, wherein, for example, the collar rests directly on the second side of the second star disk in the axial direction.
  • the collar is formed in one piece with the rotor shaft. This means that the laminated core can be clamped particularly tightly against the collar using the shaft nut, and the rotor can be manufactured quickly and cost-effectively.
  • the winding protrudes from the first axial end face in the axial direction of the rotor, in particular such that first length regions of the winding protrude from the first axial end face in the axial direction of the rotor and thereby form at least a first winding head of the winding.
  • the first star disk is arranged in the axial direction of the rotor between the first winding head and the laminated core, in particular the first axial end face.
  • the winding protrudes from the second axial end face of the laminated core in the axial direction of the rotor, in particular such that second length regions of the winding protrude from the second axial end face in the axial direction of the rotor and thereby form at least a second winding head of the winding.
  • the second star disk is arranged in the axial direction of the rotor between the second winding head and the laminated core, in particular the second axial end face.
  • the respective star disk is used in particular to mechanically support the respective winding head against high centrifugal forces when the rotor rotates.
  • the respective star disk is used, for example, to redirect the winding and thus to be able to wind it advantageously.
  • a second aspect of the invention relates to an electrical machine which has a stator and a rotor according to the first aspect of the invention.
  • Advantages and advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
  • the electrical machine is designed as a current-excited synchronous machine (SSM).
  • SSM current-excited synchronous machine
  • a motor vehicle also referred to simply as a vehicle, which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, and has at least one electric machine according to the second aspect of the invention and can be driven by means of the electric machine, in particular purely electrically.
  • Advantages and advantageous embodiments of the first aspect and the second aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the motor vehicle and vice versa.
  • Fig. 1 is a schematic and partially sectioned side view of a
  • Fig. 2 is a schematic and perspective exploded view of the rotor
  • Fig. 3 is a schematic perspective view of a star disk of the rotor.
  • Fig. 1 shows a schematic and partially sectioned side view of a rotor 1 for an electric machine of a motor vehicle, also simply referred to as a vehicle.
  • the electric machine has a stator and the rotor 1, which can be driven by the stator and can therefore be rotated about a machine rotation axis 4 relative to the stator.
  • the rotor 1 has a rotor shaft 5, via which the electric machine can provide drive torques for driving the motor vehicle, in particular purely electrically.
  • the rotor 1 also has a slip ring module 3.
  • the electric machine is designed as a current-excited synchronous machine (SSM).
  • SSM current-excited synchronous machine
  • the rotor 1 has, as can be seen particularly well in conjunction with Fig. 2, a laminated core 6, which is designed separately from the rotor shaft 5 and is arranged on the rotor shaft 5.
  • the laminated core 6 is connected to the rotor shaft 5 in a rotationally fixed manner.
  • the laminated core 6 is thus connected to the rotor shaft 5 in such a way that relative rotations between the laminated core 6 and the rotor shaft 5 about the machine rotation axis 4 are avoided.
  • the laminated core 6 is very preferably (also) connected to the rotor shaft 5 in such a way that relative movements between the laminated core 6 and the rotor shaft 5 in the axial direction of the rotor 1 and thus of the electrical machine are avoided.
  • the axial direction of the rotor 1 and thus of the electrical machine as a whole coincides with the machine rotation axis 4 and is illustrated in Fig. 1 by a double arrow 7.
  • the laminated core 6 has two axial end faces pointing away from each other in the axial direction, i.e. facing away from each other, namely a first axial end face 9 and a second axial end face 10.
  • a first star disk 11 of the rotor 1 adjoins the first axial end face 9 and thus the laminated core 6, wherein the star disk 11 is formed separately from the laminated core 6 and separately from the rotor shaft 5.
  • the star disk 11 is arranged on the first axial end face 9.
  • a second star disk 12 of the rotor 1 adjoins the second axial end face 10 and thus the laminated core 6, wherein the star disk 12 is formed separately from the laminated core 6, separately from the rotor shaft 5 and separately from the star disk 11.
  • the laminated core 6 is thus arranged in the axial direction of the rotor 1 between the star disks 11 and 12. It can also be seen that the laminated core 6 ends on both sides at the axial end faces 9 and 10 in the axial direction of the rotor 1.
  • the laminated core 6 and the star disks 11 and 12 are arranged on the rotor shaft 5.
  • the respective star disk 11, 12 is preferably connected in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 5.
  • the rotor 1 also has windings 13, which are also referred to as rotor windings.
  • the electrical machine is designed as an internal rotor synchronous machine.
  • the laminated core 6 it would be conceivable for the laminated core 6 to be designed as a one-piece iron core. In other words, it is conceivable for the laminated core 6 to be integrally formed, i.e. made from a single piece.
  • the laminated core 6 could be formed from several individual sheets that are formed separately from one another and connected to one another, which follow one another, for example, in the axial direction of the rotor 1 and/or in the circumferential direction of the rotor 1 and thus of the electrical machine running around the machine axis of rotation 4.
  • the circumferential direction of the rotor 1 and thus of the electrical machine runs around the machine axis of rotation 4 and is illustrated in Fig. 2 by a double arrow 14.
  • the laminated core 6 has an annular, central region 15, which is also referred to as a yoke or rotor yoke.
  • the region 15 delimits a central through-opening 16 of the laminated core 6, wherein the through-opening 16 is penetrated by the rotor shaft 5.
  • Poles 17 of the laminated core 6 protrude outwards from the region 15 in the radial direction of the rotor 1, wherein the poles 17 are arranged one after the other and spaced apart from one another in the circumferential direction (double arrow 14) of the rotor 1, in particular such that the poles 17 are evenly distributed in the circumferential direction of the rotor 1.
  • a rotor groove 18 is formed between each two poles 17 adjacent in the circumferential direction of the rotor 1, so that the rotor grooves 18 are arranged one after the other in the circumferential direction of the rotor 1 and are in particular evenly distributed.
  • the rotor windings are wound around the poles 17 and also around the star disks 11 and 12 in such a way that first length ranges of the rotor windings run in the rotor slots 18, second length ranges of the rotor windings protrude in the axial direction of the rotor 1 from the front side 9 and thereby form first winding heads of the rotor windings, and third length ranges of the rotor windings protrude in the axial direction of the rotor 1 from the front face 10 and form second winding heads of the rotor windings.
  • the first winding heads are arranged on the first axial front face 9 and the second winding heads on the second axial front face 10.
  • the star disk 11 is arranged in the axial direction of the rotor 1 between the respective first winding head and the laminated core 6, in particular the axial front face 9
  • the second star disk 12 is arranged in the axial direction of the rotor 1 between the respective second winding head and the laminated core 6, in particular the second axial front face
  • the laminated core 6 has pole shoes 19, in particular such that a respective pole shoe 19 is provided for each pole 17, wherein, for example, the respective pole shoe 19 is connected to the respective pole 17, in particular at an outer end of the respective pole 17 facing away from the region 15 in the radial direction of the rotor 1.
  • the pole shoes 19 are arranged at respective ends of the poles 17 opposite the region 15 in the radial direction of the rotor 1, wherein the pole shoes 19 prevent the winding heads arranged between the region 15 (rotor yoke) and the pole shoes 19 from slipping off the poles 17 when the rotor 1 rotates about the machine axis of rotation 4 relative to the stator.
  • cover slides 20 are arranged in the rotor slots 18, which close the rotor slots 18 outwards, in particular in the radial direction of the rotor 1, and prevent the rotor windings, in particular the first length regions, from being pressed out of the rotor slots 18.
  • Fig. 3 shows the first star disk 11 as an example, whereby the previous and following statements on the star disk 11 can also be easily transferred to the star disk 12 and vice versa.
  • the respective star disk arranged between the respective end face 9, 10 and the respective winding head
  • the respective bandage 21 ensures additional stability and fixation of the respective star disk 11, 12.
  • the respective star disk 11, 12 has a central region 22 corresponding in particular to the region 15, which is also referred to as a star disk yoke and at least in the Is substantially ring-shaped and delimits a respective through-opening 23, in particular such that the through-opening 23 is delimited, in particular directly, by an inner circumferential surface 24 of the region 22.
  • the through-opening 23 is penetrated by the rotor shaft 5.
  • webs 25 protrude outwards from the central region 22 in a star-shaped or star-like manner, which are arranged one after the other in the circumferential direction of the rotor 1 and spaced apart from one another, in particular such that the webs 5 are evenly distributed in the circumferential direction of the rotor 1.
  • a respective web 25 is provided for each pole 17, so that, for example, the poles 17 in the axial direction of the rotor 1 are overlapped outwards by the respective webs 25 of the respective star disk 11, 12.
  • the webs 25 are also referred to as support teeth, and the area 22 is also referred to, for example, as a ring carrier.
  • the respective area 22 lies in the axial direction of the rotor 1, in particular directly, on the rotor yoke (area 15).
  • the support teeth (webs 25) protrude outwards from the ring carrier (area 22) of the respective star disk 11, 12, which are arranged on the respective end face 9, 10 of the laminated core 6 so as to overlap with the poles 17.
  • the rotor windings are guided via the support teeth from a respective rotor slot 15 into an adjacent rotor slot 15, so that the webs 25 are arranged in the axial direction of the rotor 1 between the poles 17 and the respective winding heads arranged on the respective end face 9, 10.
  • the respective star disk 11, 12 has end pieces 26 which protrude axially from the webs 25 and can absorb centrifugal forces acting on the respective winding heads.
  • the first winding heads are at least partially overlapped by the end pieces 26 of the star disk 11 in the radial direction of the rotor 1 towards the outside
  • the second winding heads are at least partially overlapped by the end pieces 26 of the star disk 12 in the radial direction of the rotor 1 towards the outside.
  • the first winding heads can be or are supported in some areas on the end pieces 26 of the star disk 11 or 12, while the second winding heads are supported in the radial direction of the rotor 1 towards the outside.
  • the respective end piece 26 projects beyond the respective web 25, at the end of the respective web 25 opposite the region 22 in the radial direction of the rotor 1, in particular on both sides in the circumferential direction of the rotor 1 running around the machine axis of rotation and thus around the axial direction of the rotor 1.
  • the first winding heads are designated 27 and the second winding heads are designated 28.
  • the rotor 1 has a shaft nut 29 which adjoins the star disk 11 in the axial direction of the rotor 1 and is screwed directly onto the rotor shaft 5, by means of which the star disk 11 is clamped in the axial direction of the rotor 1 against the laminated core 6, in particular against the front side 9.
  • the star disk 11 adjoins the first axial front side 9 of the laminated core 6 in the axial direction of the rotor 1, with the star disk 11 lying directly against the front side 9 in the axial direction of the rotor 1 and thus being directly supported on the front side 9.
  • the star disk 11 is clamped directly against the first axial front side 9 in the axial direction of the rotor 1 by means of the shaft nut 29.
  • the star disk 11 has a first side 30 facing away from the laminated core 6 in the axial direction of the rotor 1 and facing the shaft nut 29, wherein the shaft nut 29 lies directly against the side 30 in the axial direction of the rotor 1. Because the shaft nut 29 is screwed directly onto the rotor shaft 5, and is therefore screwed directly to the rotor shaft 5, the shaft nut 29 is clamped directly against the side 30 of the star disk 11 in the axial direction of the rotor 1.
  • the rotor shaft 5 From the second axial end face 10 of the laminated core 6, which points away from the first axial end face 9 in the axial direction of the rotor 1, the rotor shaft 5 has a collar 31 which is formed in one piece with the rotor shaft 5 and is also referred to as a shaft collar, the laminated core 6 being indirectly supported on the collar 31 in the axial direction of the rotor 1 and being clamped indirectly against the collar 31 in the axial direction of the rotor 1 by means of the shaft nut 29 in such a way that the separate, second star disk 12 is arranged between the collar 31 and the second axial end face 10 in the axial direction of the rotor 1.
  • the laminated core 6 is supported on the collar 31 in the axial direction of the rotor 1 by means of the second star disk 12 and is clamped against the collar 31 in the axial direction of the rotor 1 by means of the shaft nut 29.
  • the second star disk 12 lies directly on the second axial end face 10 and has a second side 32 pointing away from the end face 10 in the axial direction of the rotor 1 and thus away from the laminated core 6, the star disk 11 and the shaft nut 29, which lies directly on the collar 31.
  • the collar 31 lies directly on the second side 32 in the axial direction of the rotor 1.
  • the respective star disk 11, 12 is also referred to as the first component, for example, and the laminated core 6 is also referred to as the second component.
  • one of the components in particular the respective star disk 11, 12, has at least one or more projections which, for example, engage in at least one or more corresponding recess or recesses, so that, for example, the respective star disk 11, 12 interacts with the laminated core 6 in a form-fitting manner such that relative rotations between the respective star disk 11, 12 and the laminated core 6 in the circumferential direction of the rotor 1 are avoided, and thus the respective star disk 11, 12 and the laminated core 6 are connected to one another in a form-fitting, rotationally fixed manner.
  • the respective star disk 11, 12 has at least one or more projections which, for example, engage in at least one or more corresponding recess or recesses, so that, for example, the respective star disk 11, 12 interacts with the laminated core 6 in a form-fitting manner such that relative rotations between the respective star disk 11, 12 and the laminated core 6 in the circumferential direction of the rotor 1 are avoided, and thus the respective star disk 11, 12 and the laminated core 6 are connected to one another in
  • the star disk 11 has at least one projection 33 which engages in a corresponding recess 34 of the laminated core 6, whereby the star disk 11 and the laminated core 6 are connected to one another in a form-fitting, rotationally fixed manner, in this case in such a way that relative rotations between the laminated core 6 and the star disk 11 around the machine rotation axis 4 and thus in the circumferential direction of the rotor 1 are avoided.
  • the respective star disk 11, 12 does not itself have to be directly connected in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 5.

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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (1) für eine elektrische Maschine, mit einer Rotorwelle (5), mit einem auf der Rotorwelle (5) angeordnet Blechpaket (6), und mit wenigstens einer sich in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an das Blechpaket (6) anschließenden und auf der Rotorwelle (5) angeordneten Sternscheibe (11). Vorgesehen ist eine sich in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an die Sternscheibe (11) anschließende und auf die Rotorwelle (5) aufgeschraubte Wellenmutter (29), mittels welcher die Sternscheibe (11) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) gegen das Blechpaket (6) gespannt ist.

Description

Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem solchen Rotor.
Der WO 2020/099048 A1 ist eine Stützeinrichtung für einen Rotor einer fremderregten Innenläufer-Synchronmaschine eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs als bekannt zu entnehmen, mit einer Sternscheibe, welche an einem Blechpaket des Rotors zwischen einer Stirnseite des Blechpakets und an der Stirnseite überstehenden Wickelköpfen von Rotorwicklungen des Rotors anordenbar ist. Des Weiteren offenbart die
DE 102018 009 845 A1 einen Rotor für eine elektrische Maschine. Die US 1 450 521 offenbart eine elektrische Maschine. Aus der DE 6 47315 C ist eine elektrische Maschine bekannt. Die DE 102013 208 856 A1 offenbart einen Läufer eines Schwungmassenspeichers, umfassend einen axialen Stapel aus einer Vielzahl von Blechscheiben. Des Weiteren ist aus der DE 10 2020203 483 A1 ein Rotor eines Elektromotors bekannt, wobei Blechpakete vorgesehen sind, die mit einer Spielpassung auf einer Rotorwelle des Rotors angeordnet sind. Außerdem sind eine erste Klemmscheibe und eine zweite Klemmscheibe vorgesehen, die auf der Rotorwelle angeordnet sind und die Blechpakete in Axialrichtung zwischen sich einklemmen und dadurch fixieren. Des Weiteren ist der DE 102020 112 037 A1 ein Rotor für eine elektrische Maschine als bekannt zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu schaffen, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine insbesondere auch über eine hohe Lebensdauer der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete und einfach auch als Fahrzeug bezeichnete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Somit ist das Kraftfahrzeug beispielsweise ein Hybrid-Fahrzeug oder aber ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist, und ganz vorzugsweise mehrere Hundert Volt beträgt. Insbesondere weist die elektrische Maschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Rotor und den Stator auf, mittels welchem der Rotor antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist.
Insbesondere kann die elektrische Maschine über ihren Rotor Antriebsdrehmomente bereitstellen, mittels welchen das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann.
Der Rotor weist eine Rotorwelle auf, über welche die elektrische Maschine beispielsweise die Antriebsdrehmomente bereitstellen kann. Der Rotor weist außerdem ein Blechpaket auf, welches separat von der Rotorwelle ausgebildet ist und auf der Rotorwelle angeordnet ist. Insbesondere ist das Blechpaket drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Der Rotor weist außerdem wenigstens eine Sternscheibe auf, welche auch als erste Sternscheibe bezeichnet wird. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der Sternscheibe ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die erste Sternscheibe zu verstehen. Insbesondere ist die Sternscheibe separat von dem Blechpaket und separat von der Rotorwelle ausgebildet. Die Sternscheibe ist auf der Rotorwelle angeordnet. Außerdem schließt sich die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors, dessen axiale Richtung mit der Maschinendrehachse zusammenfällt, an das Blechpaket an. Ganz insbesondere schließt sich die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors an eine axiale Stirnseite des Blechpakets an, wobei die axiale Stirnseite auch als erste axiale Stirnseite bezeichnet wird. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der axialen Stirnseite ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die erste axiale Stirnseite zu verstehen. Ganz insbesondere endet das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors an der axialen Stirnseite. Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb, insbesondere eine hohe Laufruhe, der elektrischen Maschine auch über eine hohe Lebensdauer hinweg gewährleisten zu können, ist erfindungsgemäß eine insbesondere separat von der Rotorwelle, separat von dem Blechpaket und separat von der Sternscheibe ausgebildete Wellenmutter vorgesehen, welche sich in axialer Richtung des Rotors an die Sternscheibe anschließt, insbesondere derart, dass die Wellenmutter auf einer in axialer Richtung des Rotors von dem Blechpaket wegweisenden, mithin von dem Blechpaket abgewandten Seite, insbesondere Stirnseite, der Sternscheibe angeordnet ist. Die Wellenmutter ist, insbesondere direkt, auf die Rotorwelle, welche auch einfach als Welle bezeichnet wird, aufgeschraubt, so dass mittels der Wellenmutter die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors gegen das Blechpaket, insbesondere gegen die erste axiale Stirnseite, gespannt ist. Vorzugsweise ist die Wellenmutter direkt auf die Rotorwelle aufgeschraubt und somit vorzugsweise direkt mit der Welle verschraubt. Hierzu ist insbesondere Folgendes vorgesehen: Vorzugsweise weist die Welle, insbesondere eine außenumfangsseitige Mantelfläche der Welle, ein erstes Gewinde auf, welches insbesondere als erstes Außengewinde ausgebildet ist. Die Wellenmutter, insbesondere eine innenumfangsseitige Mantelfläche der Wellenmutter, weist ein mit dem ersten Gewinde korrespondierendes, zweites Gewinde auf, welches vorzugsweise als erstes Innengewinde ausgebildet ist. Dabei sind die Gewinde direkt ineinander geschraubt und somit direkt miteinander verschraubt, wodurch die Wellenmutter auf die Rotorwelle aufgeschraubt und in axialer Richtung zumindest mittelbar, insbesondere direkt, gegen die Sternscheibe, insbesondere gegen die genannte Seite der Sternscheibe, geschraubt und somit gespannt ist. Hierdurch ist die Sternscheibe gegen das Blechpaket, insbesondere gegen die erste axiale Stirnseite des Blechpakets, gespannt. Ganz vorzugsweise liegt die Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors direkt an der genannten Seite der Sternscheibe an, so dass die Wellenmutter vorzugsweise in axialer Richtung des Rotors direkt an der Seite der Sternscheibe abgestützt ist. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Üblicherweise ist das Blechpaket technisch bedingt, insbesondere in axialer Richtung des Rotors, kompressibel und somit verformbar. Die Verformbarkeit des Blechpakets kann zu Spannungen sowie elastischen und/oder plastischen Verformungen oder Verschiebungen insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine führen. Dies kann insbesondere während eines Betriebs der elektrischen Maschine zu Unwuchten führen, die zu einem erhöhten Verschleiß und/oder akustischen Beeinträchtigungen führen können. Beispielsweise weist der Rotor wenigstens eine Wicklung, insbesondere mehrere Wicklungen auf, wobei die jeweilige Wicklung auch als Rotorwicklung bezeichnet wird. Die Wicklung ist um das Blechpaket und vorzugsweise um die Sternscheibe gewickelt. Beispielsweise ist die Wicklung aus einem insbesondere metallischen Draht gebildet, welcher somit aus einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Kupfer gebildet und beispielsweise als Kupferdraht ausgebildet sein kann. Die genannten Verschiebungen können zu Spannungen in der Wicklung, insbesondere in dem Draht, führen, so dass es zu Schäden wie beispielsweise Rissen des Drahtes kommen kann. Die Erfindung ermöglicht es nun, die Sternscheibe mittels der Wellenmutter in axialer Richtung fest gegen das Blechpaket zu spannen und hierdurch einen axial sehr steifen Block zu schaffen, welcher zumindest das Blechpaket, die Sternscheibe und die Wellenmutter umfasst. Insbesondere ist der Block mittels der Wellenmutter in axialer Richtung verspannt, wodurch der Block im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen unempfindlicher gegen elastische und plastische Veränderungen, insbesondere über Drehzahl und Temperatur ist. Die mittels der Wellenmutter bewirkte, axiale Verspannung kann ein so genanntes Tellern von einzelnen Blechen des Blechpakets vermeiden. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass das Blechpaket aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und beispielsweise miteinander verbundenen Blechsegmenten gebildet ist, welche die zuvor genannten Bleche sein können. Beispielsweise folgen die Blechsegmente in axialer Richtung des Rotors und/oder in um die axiale Richtung des Rotors verlaufender Umfangsrichtung des Rotors aufeinander. Das auch als Tellereffekt bezeichnete Tellern kann entstehen, da die auch als Einzelbleche bezeichneten Bleche insbesondere durch Stanzeinzug und Stanzausriss sich bei einem Aufschrumpfen auf die Rotorwelle einseitig verformen. Dreht sich während des Betriebs der elektrischen Maschine der Rotor um die Maschinendrehachse relativ zu dem Stator, so wirken auf die Bleche Fliehkräfte, durch welche die Bleche bei hohen Drehzahlen des Rotors wieder aufgerichtet werden, und es kann gegenüber einem Stillstand der elektrischen Maschine, in deren Stillstand sich der Rotor nicht relativ zu dem Stator dreht, zu veränderten Unwuchten des Rotors und Spannungen kommen, die in Bauteilen wie beispielsweise dem Draht der elektrischen Maschine wirken können. Somit ist es insbesondere denkbar, dass das Blechpaket mittels eines Presssitzes, das heißt insbesondere mittels einer Presspassung, mit der Rotorwelle verbunden ist, wodurch das Blechpaket insbesondere derart mit der Rotorwelle verbunden ist, dass um die Maschinendrehachse verlaufende Relativdrehungen zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle unterbleiben und vorzugsweise dass in axialer Richtung erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Blechpaket und der Rotorwelle unterbleiben. Insbesondere ist mittels des Presssitzes das Blechpaket drehfest mit der Rotorwelle verbunden. Durch die Erfindung kann das zuvor beschriebene Tellern vermieden oder zumindest geringgehalten werden, so dass übermäßige Belastungen des Rotors sowie eine übermäßige Unwucht oder eine übermäßige Veränderung einer Unwucht des Rotors während des Betriebs der elektrischen Maschine vermieden werden können. Dadurch kann eine besonders hohe Laufruhe der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Außerdem können übermäßige Spannungen in Bauteilen wie beispielsweise dem Draht vermieden werden.
Um eine besonders vorteilhafte Verspannung des Blechpakets und der Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass sich die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors an die erste axiale Stirnseite des Blechpakets anschließt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Sternscheibe mittels der Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors gegen die erste axiale Stirnseite gespannt ist, so dass die Sternscheibe mittels der Wellenmutter besonders fest gegen das Blechpaket gespannt werden kann. Dadurch kann eine besonders starke Verspannung und somit eine besonders hohe Steifigkeit des genannten Blocks realisiert werden, so dass übermäßige Belastungen und übermäßige Verformungen des Blechpakets vermieden werden können. In der Folge können eine besonders hohe Laufruhe und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors direkt an der ersten axialen Stirnseite des Blechpakets anliegt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, hohe Steifigkeit des Blocks realisiert werden, so dass eine besonders hohe Laufruhe und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden können.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass auf einer in axialer Richtung des Rotors von der ersten axialen Stirnseite des Blechpakets und somit von der Sternscheibe und von der Wellenmutter wegweisenden, zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets ein auch als Wellenbund bezeichneter Bund der Rotorwelle angeordnet ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors an der zweiten axialen Stirnseite endet. Dabei ist das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Bund abgestützt. Somit ist es denkbar, dass das Blechpaket, insbesondere die zweite axiale Stirnseite des Blechpakets, in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Bund abgestützt ist, so dass beispielsweise das Blechpaket, insbesondere die zweite axiale Stirnseite des Blechpakets, in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Bund anliegt. Außerdem ist es vorgesehen, dass das Blechpaket, insbesondere die zweite axiale Stirnseite des Blechpakets, mittels der Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar, insbesondere direkt, gegen den Bund gespannt ist.
Grundsätzlich wäre es denkbar, dass auf der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets eine weitere Wellenmutter angeordnet ist, welche, insbesondere direkt, auf die Rotorwelle aufgeschraubt und mit der Rotorwelle, insbesondere direkt, verschraubt ist. Dabei können die vorigen und folgenden Ausführungen zur ersten Wellenmutter ohne Weiteres auch auf die zweite Wellenmutter übertragen werden und umgekehrt. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von der Wellenmutter ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die erste Wellenmutter zu verstehen. Somit wäre es denkbar, dass das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar an der weiteren Wellenmutter abgestützt ist. Dem gegenüber hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Blechpaket in axialer Richtung des Rotors zumindest mittelbar an dem Bund abgestützt und gegen den Bund gespannt ist. Der Bund stellt einen einfach und kostengünstig herzustellenden Anschlag dar, welcher relativ zur übrigen Rotorwelle in axialer Richtung des Rotors präzise und definiert positioniert ist. Ausgehend von dem Bund kann eine Maßkette auf einfache Weise und definiert aufgebaut werden, und es kann eine einfache Herstellung des Rotors realisiert werden. Außerdem kann das Blechpaket und die Sternscheibe mittels einer Wellenmutter fest gegen den Bund gespannt werden, so dass eine hohe Verspannung und Steifigkeit des Blocks realisiert werden kann. Somit können eine besonders hohe Laufruhe und somit ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in axialer Richtung des Rotors zwischen dem Bund und der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets eine zweite Sternscheibe angeordnet ist. Vorzugsweise ist die zweite Sternscheibe separat von der Rotorwelle, separat von dem Blechpaket, separat von der ersten Sternscheibe und separat von der Wellenmutter ausgebildet. Das Blechpaket ist dabei unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe, das heißt über die zweite Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors an dem Bund abgestützt, wobei das Blechpaket mittels der Wellenmutter in axialer Richtung des Rotors unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe und somit über die zweite Sternscheibe gegen den Bund gespannt ist. Insbesondere ist es denkbar, dass der zuvor genannte Block die zweite Sternscheibe aufweist. Dabei kann eine besonders starke, in axialer Richtung verlaufende Verspannung insbesondere des Blechpakets realisiert werden, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden kann. Insbesondere ist es denkbar, dass die Wicklung (auch) um die zweite Sternscheibe gewickelt ist. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors einerseits direkt an dem Bund und andererseits direkt an der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets anliegt. Insbesondere weist die zweite Sternscheibe ein in axialer Richtung des Rotors von dem Blechpaket, insbesondere von der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets, und von der ersten Sternscheibe und von der Wellenmutter wegweisende und dem Bund zugewandte, zweite Seite, insbesondere zweite Stirnseite, auf, wobei beispielsweise der Bund in axialer Richtung direkt an der zweiten Seite der zweiten Sternscheibe anliegt. Dadurch können eine besonders hohe axiale Verspannung und somit eine besonders hohe Steifigkeit des genannten Blocks realisiert werden, so dass übermäßige Belastungen und Verformungen des Blechpakets insbesondere auch bei hohen Drehzahlen des Rotors vermieden werden können.
Dadurch kann eine besonders hohe Laufruhe der elektrischen Maschine auch bei hohen Drehzahlen des Rotors gewährleistet werden.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Bund einstückig mit der Rotorwelle ausgebildet ist. Dadurch kann das Blechpaket mittels der Wellenmutter besonders fest gegen den Bund gespannt werden, und der Rotor kann zeit- und kostengünstig hergestellt werden.
Beispielsweise steht die Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der ersten axialen Stirnseite ab, insbesondere derart, dass erste Längenbereiche der Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der ersten axialen Stirnseite abstehen und dadurch wenigstens einen ersten Wickelkopf der Wicklung bilden. Dabei ist beispielsweise die erste Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors zwischen dem ersten Wickelkopf und dem Blechpaket, insbesondere der ersten axialen Stirnseite, angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass die Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der zweiten axialen Stirnseite des Blechpakets absteht, insbesondere derart, dass zweite Längenbereiche der Wicklung in axialer Richtung des Rotors von der zweiten axialen Stirnseite abstehen und dadurch wenigstens einen zweiten Wickelkopf der Wicklung bilden. Dabei ist es denkbar, dass die zweite Sternscheibe in axialer Richtung des Rotors zwischen dem zweiten Wickelkopf und dem Blechpaket, insbesondere der zweiten axialen Stirnseite, angeordnet ist. Die jeweilige Sternscheibe wird insbesondere dazu verwendet, den jeweiligen Wickelkopf gegen hohe Fliehkräfte bei einer Rotation des Rotors mechanisch abzustützen. Ferner wird beispielsweise die jeweilige Sternscheibe verwendet, um die Wicklung umzulenken und somit vorteilhaft wickeln zu können. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche einen Stator und einen Rotor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Um einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Maschine als eine stromerregte Synchronmaschine (SSM) ausgebildet ist. Hierdurch kann die Verwendung von seltenen Erden vermieden oder vorteilhaft geringgehalten werden, die elektrische Maschine ist vorteilhaft regelbar und besonders effizient betreibbar. Beispielsweise ist oder wird mittels der Wicklung ein Magnetfeld des Rotors erzeugbar oder erzeugt, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb darstellbar ist.
Offenbart ist auch ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeugs, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist und wenigstens eine elektrische Maschine gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht eines
Rotors für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 eine schematische und perspektivische Explosionsansicht des Rotors; und
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht einer Sternscheibe des Rotors.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht einen Rotor 1 für eine elektrische Maschine eines einfach auch als Fahrzeug bezeichneten Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine aufweist und mittels der elektrischen Maschine, insbesondere rein, elektrisch antreibbar ist. Die elektrische Maschine weist einen Stator und den Rotor 1 auf, welcher mittels des Stators antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 4 relativ zu dem Stator drehbar ist. Dabei weist der Rotor 1 eine Rotorwelle 5 auf, über welche die elektrische Maschine Antriebsdrehmomente zum, insbesondere reinen, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Außerdem weist der Rotor 1 ein Schleifringmodul 3 auf. Die elektrische Maschine ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als eine stromerregte Synchronmaschine (SSM) ausgebildet. Dabei weist der Rotor 1, wie besonders gut in Zusammenschau mit Fig. 2 erkennbar ist, ein Blechpaket 6 auf, welches separat von der Rotorwelle 5 ausgebildet und auf der Rotorwelle 5 angeordnet ist. Insbesondere ist das Blechpaket 6 drehfest mit der Rotorwelle 5 verbunden. Somit ist das Blechpaket 6 derart mit der Rotorwelle 5 verbunden, dass um die Maschinendrehachse 4 erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Blechpaket 6 und der Rotorwelle 5 unterbleiben. Ganz vorzugsweise ist das Blechpaket 6 (auch) derart mit der Rotorwelle 5 verbunden, dass in axialer Richtung des Rotors 1 und somit der elektrischen Maschine erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Blechpaket 6 und der Rotorwelle 5 unterbleiben. Die axiale Richtung des Rotors 1 und somit der elektrischen Maschine insgesamt fällt mit der Maschinendrehachse 4 zusammen und ist in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil 7 veranschaulicht. Während eines Betriebs der elektrischen Maschine, deren radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung verläuft und durch einen Doppelpfeil 8 veranschaulicht ist, dreht sich der Rotor 1 und somit die Rotorwelle 5 um die Maschinendrehachse 4 relativ zu dem Stator, wodurch auf den Rotor 1 Fliehkräfte wirken, die insbesondere in radialer Richtung der elektrischen Maschine und somit des Rotors 1 nach außen wirken.
Wie besonders gut in Zusammenschau mit Fig. 2 erkennbar ist, weist das Blechpaket 6 zwei in axialer Richtung voneinander wegweisende, mithin voneinander abgewandte, axiale Stirnseiten auf, nämlich eine erste axiale Stirnseite 9 und eine zweite axiale Stirnseite 10. In axialer Richtung des Rotors 1 schließt sich an die erste axiale Stirnseite 9 und somit an das Blechpaket 6 eine erste Sternscheibe 11 des Rotors 1 an, wobei die Sternscheibe 11 separat von dem Blechpaket 6 und separat von der Rotorwelle 5 ausgebildet ist. Somit ist die Sternscheibe 11 auf der ersten axialen Stirnseite 9 angeordnet. In axialer Richtung des Rotors 1 schließt sich an die zweite axiale Stirnseite 10 und somit an das Blechpaket 6 eine zweite Sternscheibe 12 des Rotors 1 an, wobei die Sternscheibe 12 separat von dem Blechpaket 6, separat von der Rotorwelle 5 und separat von der Sternscheibe 11 ausgebildet ist. Somit ist das Blechpaket 6 in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen den Sternscheiben 11 und 12 angeordnet. Außerdem ist erkennbar, dass das Blechpaket 6 in axialer Richtung des Rotors 1 beidseitig an den axialen Stirnseiten 9 und 10 endet. Das Blechpaket 6 und die Sternscheiben 11 und 12 sind auf der Rotorwelle 5 angeordnet. Insbesondere ist vorzugsweise die jeweilige Sternscheibe 11, 12 drehtest mit der Rotorwelle 5 verbunden.
Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass der Rotor 1 auch Wicklungen 13 aufweist, welche auch als Rotorwicklungen bezeichnet werden. Insbesondere ist die elektrische Maschine als Innenläufer-Synchronmaschine ausgebildet. Grundsätzlich wäre es denkbar, dass das Blechpaket 6 als ein einstückiger Eisenkern ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass das Blechpaket 6 einstückig ausgebildet, mithin aus einem einzigen Stück gebildet ist. Ferner wäre es denkbar, dass das Blechpaket 6 aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Einzelblechen gebildet ist, welche beispielsweise in axialer Richtung des Rotors 1 und/oder in um die Maschinendrehachse 4 verlaufender Umfangsrichtung des Rotors 1 und somit der elektrischen Maschine aufeinander folgen. Die Umfangsrichtung des Rotors 1 und somit der elektrischen Maschine verläuft um die Maschinendrehachse 4 herum und ist in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil 14 veranschaulicht.
Das Blechpaket 6 weist einen ringförmigen, zentralen Bereich 15 auf, welcher auch als Joch oder Rotorjoch bezeichnet wird. Der Bereich 15 begrenzt eine zentrale Durchgangsöffnung 16 des Blechpakets 6, wobei die Durchgangsöffnung 16 von der Rotorwelle 5 durchdrungen ist. Von dem Bereich 15 stehen in radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin Pole 17 des Blechpakets 6 ab, wobei die Pole 17 in Umfangsrichtung (Doppelpfeil 14) des Rotors 1 aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Pole 17 in Umfangsrichtung des Rotors 1 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Hierdurch ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung des Rotors 1 benachbarten Pole 17 jeweils eine Rotornut 18 ausgebildet, so dass die Rotornuten 18 in Umfangsrichtung des Rotors 1 aufeinanderfolgend und dabei insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Rotorwicklungen sind um die Pole 17 und auch um die Sternscheiben 11 und 12 gewickelt, derart, dass erste Längenbereiche der Rotorwicklungen in den Rotornuten 18 verlaufen, zweite Längenbereiche der Rotorwicklungen in axialer Richtung des Rotors 1 von der Stirnseite 9 abstehen und dadurch erste Wickelköpfe der Rotorwicklungen bilden, und dritte Längenbereiche der Rotorwicklungen in axialer Richtung des Rotors 1 von der Stirnseite 10 abstehen und zweite Wickelköpfe der Rotorwicklungen bilden. Dies bedeutet, dass die ersten Wickelköpfe auf der ersten axialen Stirnseite 9 und die zweiten Wickelköpfe auf der zweiten axialen Stirnseite 10 angeordnet sind. Dabei ist die Sternscheibe 11 in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen dem jeweiligen, ersten Wickelkopf und dem Blechpaket 6, insbesondere der axialen Stirnseite 9, angeordnet, und die zweite Sternscheibe 12 ist in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen dem jeweiligen, zweiten Wickelkopf und dem Blechpaket 6, insbesondere der zweiten axialen Stirnseite
10, angeordnet.
Des Weiteren weist das Blechpaket 6 Polschuhe 19 auf, insbesondere derart, dass je Pol 17 ein jeweiliger Polschuh 19 vorgesehen ist, wobei sich beispielsweise der jeweilige Polschuh 19 an den jeweiligen Pole 17 anschließt, insbesondere an einem von dem Bereich 15 abgewandten, in radialer Richtung des Rotors 1 äußeren Ende des jeweiligen Pols 17. Mit anderen Worten sind die Polschuhe 19 an jeweiligen, in radialer Richtung des Rotors 1 dem Bereich 15 gegenüberliegenden Enden der Pole 17 angeordnet, wobei die Polschuhe 19 verhindern, dass die zwischen dem Bereich 15 (Rotorjoch) und den Polschuhen 19 angeordneten Wickelköpfe bei einer um die Maschinendrehachse 4 relativ zu dem Stator erfolgenden Drehung des Rotors 1 von den Polen 17 rutschen. Beispielsweise sind in den Rotornuten 18 Deckschieber 20 angeordnet, welche die Rotornuten 18 insbesondere in radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin verschließen und verhindern, dass die Rotorwicklungen, insbesondere die ersten Längenbereiche, aus den Rotornuten 18 gedrückt werden.
Fig. 3 zeigt beispielhaft die erste Sternscheibe 11, wobei die vorigen und folgenden Ausführungen zur Sternscheibe 11 ohne Weiteres auch auf die Sternscheibe 12 übertragen werden können und umgekehrt. Insbesondere sorgt die jeweilige, zwischen der jeweiligen Stirnseite 9, 10 und dem jeweiligen Wickelkopf angeordnete Sternscheibe
11 , 12 für eine vorteilhafte Umlenkung von Wickeldrähten der Rotorwicklungen an der jeweiligen Stirnseite 9, 10, wobei die Rotorwicklungen aus den Wickeldrähten gebildet sind. Um die jeweilige Sternscheibe 11, 12 herum ist beispielsweise eine jeweilige Bandage 21 angeordnet, welche beispielsweise als ein jeweiliger Stützring ausgebildet ist. Die jeweilige Bandage 21 sorgt für eine zusätzliche Stabilität und Fixierung der jeweiligen Sternscheibe 11, 12.
Aus Fig. 3 ist am Beispiel der Sternscheibe 11 erkennbar, dass die jeweilige Sternscheibe 11 , 12 einen insbesondere mit dem Bereich 15 korrespondierenden, zentralen Bereich 22 aufweist, welcher auch als Sternscheibenjoch bezeichnet wird und zumindest im Wesentlichen ringförmig ist und eine jeweilige Durchgangsöffnung 23 begrenzt, insbesondere derart, dass die Durchgangsöffnung 23, insbesondere direkt, von einer innenumfangsseitigen Mantelfläche 24 des Bereichs 22 begrenzt ist. Dabei ist die Durchgangsöffnung 23 von der Rotorwelle 5 durchdrungen. In radialer Richtung des Rotors 1 , dessen radiale Richtung senkrecht zur axialen Richtung verläuft und durch den Doppelpfeil 8 veranschaulicht ist, nach außen hin stehen von dem zentralen Bereich 22 sternförmig oder sternartig Stege 25 ab, welche in Umfangsrichtung des Rotors 1 aufeinanderfolgend und voneinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Stege 5 in Umfangsrichtung des Rotors 1 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Insbesondere ist je Pol 17 ein jeweiliger Steg 25 vorgesehen, so dass beispielsweise die Pole 17 in axialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin durch die jeweiligen Stege 25 der jeweiligen Sternscheibe 11, 12 überlappt sind. Die Stege 25 werden auch als Tragzähne bezeichnet, und der Bereich 22 wird beispielsweise auch als Ringträger bezeichnet. Insbesondere liegt der jeweilige Bereich 22 in axialer Richtung des Rotors 1 , insbesondere direkt, an dem Rotorjoch (Bereich 15) an. In radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin stehen von dem Ringträger (Bereich 22) der jeweiligen Sternscheibe 11, 12 die Tragzähne (Stege 25) ab, welche an der jeweiligen Stirnseite 9, 10 des Blechpakets 6 überlappend mit den Polen 17 angeordnet sind. Über die Tragzähne werden die Rotorwicklungen von einer jeweiligen der Rotornuten 15 in eine jeweils benachbarte Rotornut 15 geführt, so dass die Stege 25 in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen den Polen 17 und den jeweiligen, auf der jeweiligen Stirnseite 9, 10 angeordneten Wickelköpfen angeordnet sind. Außerdem weist die jeweilige Sternscheibe 11 , 12 axial von den Stegen 25 abstehende Endstücke 26 auf, welche auf die jeweiligen Wickelköpfe wirkende Fliehkräfte aufnehmen können. Mit anderen Worten sind beispielsweise die ersten Wickelköpfe in radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin durch die Endstücke 26 der Sternscheibe 11 zumindest teilweise überlappt, und beispielsweise sind die zweiten Wickelköpfe in radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin zumindest teilweise durch die Endstücke 26 der Sternscheibe 12 überlappt. Dadurch können die ersten Wickelköpfe bereichsweise die zweiten Wickelköpfe in radialer Richtung des Rotors 1 nach außen hin an den Endstücken 26 der Sternscheibe 11 beziehungsweise 12 abstützbar oder abgestützt sein. Insbesondere ist es denkbar, dass das jeweilige Endstück 26 den jeweiligen Steg 25, an dessen in radialer Richtung des Rotors 1 dem Bereich 22 gegenüberliegenden Ende des jeweiligen Stegs 25 das jeweilige Endstück 26 angeordnet ist, in um die Maschinendrehachse und somit um die axiale Richtung des Rotors 1 verlaufender Umfangsrichtung des Rotors 1 insbesondere beidseitig überragt. In Fig. 1 sind die ersten Wickelköpfe mit 27 bezeichnet, und die zweiten Wickelköpfe sind mit 28 bezeichnet.
Um nun auch bei hohen Drehzahlen des Rotors 1 eine besonders hohe Laufruhe und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine gewährleisten zu können, weist der Rotor 1 eine sich in axialer Richtung des Rotors 1 an die Sternscheibe 11 anschließende und direkt auf die Rotorwelle 5 aufgeschraubte Wellenmutter 29 auf, mittels welcher die Sternscheibe 11 in axialer Richtung des Rotors 1 gegen das Blechpaket 6, insbesondere gegen die Stirnseite 9, gespannt ist. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass sich die Sternscheibe 11 in axialer Richtung des Rotors 1 an die erste axiale Stirnseite 9 des Blechpakets 6 anschließt, wobei die Sternscheibe 11 in axialer Richtung des Rotors 1 direkt an der Stirnseite 9 anliegt und somit direkt an der Stirnseite 9 abgestützt ist. Dabei ist die Sternscheibe 11 mittels der Wellenmutter 29 in axialer Richtung des Rotors 1 direkt gegen die erste axiale Stirnseite 9 gespannt. Die Sternscheibe 11 weist eine in axialer Richtung des Rotors 1 von dem Blechpaket 6 abgewandte und der Wellenmutter 29 zugewandte, erste Seite 30 auf, wobei die Wellenmutter 29 in axialer Richtung des Rotors 1 direkt an der Seite 30 anliegt. Dadurch, dass die Wellenmutter 29 direkt auf die Rotorwelle 5 aufgeschraubt ist, mithin direkt mit der Rotorwelle 5 verschraubt ist, ist die Wellenmutter 29 in axialer Richtung des Rotors 1 direkt gegen die Seite 30 der Sternscheibe 11 gespannt.
Aus der in axialer Richtung des Rotors 1 von der ersten axialen Stirnseite 9 wegweisenden, zweiten axialen Stirnseite 10 des Blechpakets 6 weist die Rotorwelle 5 einen einstückig mit der Rotorwelle 5 ausgebildeten, auch als Wellenbund bezeichneten Bund 31 auf, wobei das Blechpaket 6 in axialer Richtung des Rotors 1 derart mittelbar an dem Bund 31 abgestützt und derart mittels der Wellenmutter 29 in axialer Richtung des Rotors 1 mittelbar gegen den Bund 31 gespannt ist, dass in axialer Richtung des Rotors 1 zwischen dem Bund 31 und der zweiten axialen Stirnseite 10 die separate, zweite Sternscheibe 12 angeordnet ist. Dabei ist das Blechpaket 6 unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe 12 in axialer Richtung des Rotors 1 an dem Bund 31 abgestützt und mittels der Wellenmutter 29 in axialer Richtung des Rotors 1 unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe 12 gegen den Bund 31 gespannt. Die zweite Sternscheibe 12 liegt direkt an der zweiten axialen Stirnseite 10 an und weist ein in axialer Richtung des Rotors 1 von der Stirnseite 10 und somit von dem Blechpaket 6, von der Sternscheibe 11 und von der Wellenmutter 29 wegweisende, zweite Seite 32 auf, welche direkt an dem Bund 31 anliegt. Mit anderen Worten liegt der Bund 31 in axialer Richtung des Rotors 1 direkt an der zweiten Seite 32 an. Die jeweilige Sternscheibe 11, 12 wird beispielsweise auch als erstes Bauteil bezeichnet, und das Blechpaket 6 wird auch als zweites Bauteil bezeichnet. Es ist denkbar, dass eines der Bauteile, insbesondere die jeweilige Sternscheibe 11, 12, wenigstens einen oder mehrere Vorsprünge aufweist, der oder die beispielsweise in wenigstens eine oder mehrere, korrespondierende Ausnehmung oder Ausnehmungen eingreifen, so dass beispielsweise die jeweilige Sternscheibe 11, 12 derart formschlüssig mit dem Blechpaket 6 zusammenwirkt, dass in Umfangsrichtung des Rotors 1 verlaufende Relativdrehungen zwischen der jeweiligen Sternscheibe 11, 12 und dem Blechpaket 6 unterbleiben, mithin die jeweilige Sternscheibe 11, 12 und das Blechpaket 6 formschlüssig drehfest miteinander verbunden sind. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist beispielsweise die Sternscheibe 11 wenigstens einen Vorsprung 33 auf, welcher in eine korrespondierende Ausnehmung 34 des Blechpakets 6 eingreift, wodurch die Sternscheibe 11 und das Blechpaket 6 formschlüssig drehfest miteinander verbunden sind, vorliegend derart, dass um die Maschinendrehachse 4 und somit in Umfangsrichtung des Rotors 1 erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Blechpaket 6 und der Sternscheibe 11 unterbleiben. Dadurch muss beispielsweise die jeweilige Sternscheibe 11, 12 nicht selbst direkt drehfest mit der Rotorwelle 5 verbunden sein.
Bezugszeichenliste
Rotor
Schleifringmodul Maschinendrehachse Rotorwelle
Blechpaket
Doppelpfeil
Doppelpfeil erste axiale Stirnseite zweite axiale Stirnseite erste Sternscheibe zweite Sternscheibe Wicklungen Doppelpfeil
Bereich
Durchgangsöffnung
Pol
Rotornut
Polschuh
Deckschieber
Bandage
Bereich
Durchgangsöffnung innenumfangsseitige Mantelfläche Steg Endstück erste Wickelköpfe zweite Wickelköpfe Wellenmutter erste Seite
Bund zweite Seite
Vorsprung
Ausnehmung

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (1) für eine elektrische Maschine, mit einer Rotorwelle (5), mit einem auf der Rotorwelle (5) angeordnet Blechpaket (6), und mit wenigstens einer sich in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an das Blechpaket (6) anschließenden und auf der Rotorwelle (5) angeordneten Sternscheibe (11), gekennzeichnet durch eine sich in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an die Sternscheibe (11) anschließende und auf die Rotorwelle (5) aufgeschraubte Wellenmutter (29), mittels welcher die Sternscheibe (11) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) gegen das Blechpaket (6) gespannt ist.
2. Rotor (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sternscheibe (11) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an eine erste axiale Stirnseite (9) des Blechpakets (6) anschließt.
3. Rotor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternscheibe (11) mittels der Wellenmutter (29) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) gegen die erste axiale Stirnseite (9) gespannt ist.
4. Rotor (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternscheibe (11) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) direkt an der ersten axialen Stirnseite (9) anliegt.
5. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer in axialer Richtung (7) des Rotors (1) von der ersten axialen Stirnseite (9) wegweisenden, zweiten axialen Stirnseite (10) des Blechpakets (6) ein Bund (31) der Rotorwelle (5) angeordnet ist, wobei das Blechpaket (6) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) zumindest mittelbar an dem Bund (31) abgestützt und mittels der Wellenmutter (29) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) zumindest mittelbar gegen den Bund (31) gespannt ist.
6. Rotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung (7) des Rotors (1) zwischen dem Bund (31) und der zweiten axialen Stirnseite (10) eine zweite Sternscheibe (12) angeordnet ist, wobei das Blechpaket (6) unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe (12) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) an dem Bund (31) abgestützt und mittels der Wellenmutter (29) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) unter Vermittlung der zweiten Sternscheibe (12) gegen den Bund (31) gespannt ist.
7. Rotor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sternscheibe (12) in axialer Richtung (7) des Rotors (1) einerseits direkt an dem Bund (31) und andererseits direkt an der zweiten axialen Stirnseite (10) anliegt.
8. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (31) einstückig mit der Rotorwelle (5) ausgebildet ist.
9. Elektrische Maschine, mit einem Stator und mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine als eine stromerregte Synchronmaschine ausgebildet ist.
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