-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für einen Kraftfahrzeugantrieb, mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse aufgenommenen, gesamtheitlich ringförmig ausgestalteten Stator, wobei der Stator mittels eines Schwingungsentkopplers an dem Gehäuse aufgenommen ist.
-
Grundsätzlich besteht das Interesse, den Einfluss radialer Schwingungen des Stators, die im Betrieb unvermeidlich sind, vom weiteren Aufbau des Kraftfahrzeuges zu entkoppeln, um daraus resultierende, für den Fahrer unangenehme, hochfrequente Geräusche zu vermeiden.
-
Es sind bereits gattungsgemäße Maschinen bekannt, in denen Entkopplungsringe am Stator angebracht werden. Die
DE 10 2015 001 447 A1 offenbart diesbezüglich eine beispielhafte Ausbildung. Des Weiteren ist es aus der
DE 10 2017 202 262 A1 bekannt, ein Lagerschild radial innerhalb des Stators an einem Gehäuse zu montieren.
-
Es besteht weiterhin das Ziel, die Dämpfungswirkung der eingesetzten Schwingungsentkoppler weiter zu verbessern, um in jeglichen Betriebszuständen unangenehme, vom Fahrer wahrnehmbare Geräusche zu vermeiden. Zugleich soll die elektrische Maschine in möglichst vielen Antriebssträngen kompakt einsetzbar sein.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine zur Verfügung zu stellen, die die im Betrieb statorseitig entstehenden Schwingungen möglichst effizient entkoppelt, wobei die zu findende Lösung möglichst unabhängig von vorhandenem Bauraum und einer vorhandenen Topologie der elektrischen Maschine ist. Ferner soll möglichst wenig zusätzlicher axialer Bauraum in Anspruch genommen werden und die Toleranzketten klein gehalten werden.
-
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schwingungsentkoppler einen den Stator zu dessen radialer Außenseite aufnehmenden Hülsenbereich aufweist und ausgehend von diesem Hülsenbereich über einen ersten Scheibenbereich zu einer radialen Innenseite des Stators verläuft sowie daran anschließend über einen zweiten Scheibenbereich von der radialen Innenseite bis zu einem an dem Gehäuse fixierten Aufnahmebereich radial außerhalb des Stators verläuft.
-
Durch eine derartige Ausbildung ist der Schwingungsentkoppler axial kompakt realisiert. Zugleich weist er eine relativ große radiale Erstreckung auf, um die Statorschwingungen verlässlich von dem Gehäuse und den angrenzenden Bestandteilen des Antriebsstranges zu entkoppeln.
-
Weitergehende vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
-
Demnach ist es auch von Vorteil, wenn der erste Scheibenbereich und der Hülsenbereich durch ein stoffeinteilig ausgeformtes Statorschild ausgebildet sind. Dadurch wird der Aufbau weiter vereinfacht.
-
Folglich ist es auch von Vorteil, wenn der zweite Scheibenbereich und der Aufnahmebereich durch ein stoffeinteilig ausgeformtes Lagerschild ausgebildet sind.
-
Der zweite Scheibenbereich ist weiter bevorzugt an einer radial innerhalb des Stators angeordneten Verbindungsstelle mit dem ersten Scheibenbereich verbunden. Dadurch werden die federnden Eigenschaften des Schwingungsentkopplers weiter verbessert.
-
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Hülsenbereich den Stator über dessen gesamte Länge hinweg überdeckt / überragt. Jener Hülsenbereich ist auch vorzugsweise in Umfangsrichtung durchgängig ausgeführt. Dadurch ist der Stator möglichst robust aufgenommen.
-
Hinsichtlich des Stators ist es zudem von Vorteil, wenn ein unmittelbar in / an dem Hülsenbereich aufgenommenes Blechpaket vorhanden ist. Der Stator weist dann weiter bevorzugt eine in dem Blechpaket aufgenommene Spulenanordnung auf, sodass der Stator mit gängigen Mitteln einfach herstellbar ist.
-
Zudem ist es von Vorteil, wenn an einer Verbindungsstelle des ersten Scheibenbereiches mit dem zweiten Scheibenbereich radial innerhalb des Stators unmittelbar ein Rotor oder eine Rotorwelle radial abgestützt ist. Dadurch wird die Funktionalität des Schwingungsentkopplers geschickt erweitert.
-
Ist der Aufnahmebereich axial neben dem Stator angeordnet, ist eine Befestigung des Schwingungsentkopplers an dem Gehäuse möglichst einfach realisierbar.
-
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn zwei Schwingungsentkoppler vorhanden sind, wobei die Scheibenbereiche eines ersten Schwingungsentkopplers zu einer ersten axialen Seite des Stators angeordnet sind und die Scheibenbereiche eines zweiten Schwingungsentkopplers zu einer zweiten axialen Seite des Stators angeordnet sind. Dadurch werden die Schwingungen des Stators noch effektiver entkoppelt.
-
Für eine effiziente Entkopplung ist es auch zuträglich, wenn der erste Scheibenbereich eine größere Steifigkeit in Umfangsrichtung als der zweite Scheibenbereich aufweist.
-
Um die Abstützung des Schwingungsentkopplers weiter zu verbessern, ist es auch zweckmäßig, wenn der Hülsenbereich einen ersten Längsabschnitt, der unmittelbar mit dem Stator in Kontakt steht und zu dem Gehäuse radial beabstandet ist, sowie einen über den Stator hinaus vorspringenden zweiten Längsabschnitt, der in dem Gehäuse radial abgestützt ist, aufweist.
-
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein Entkoppler (Schwingungsentkoppler) für eine elektrische Radialflussmaschine (elektrische Maschine) ausgebildet. Die elektrische Maschine weist einen Rotor, einen Stator und ein Gehäuse auf. Der Stator überträgt so wenig Schwingungen an das Gehäuse wie möglich. Zu diesem Zwecke ist der Stator nicht direkt mit dem Gehäuse verbunden, sondern über den Schwingungsentkoppler. Der Schwingungsentkoppler dient dazu, die entsprechenden Schwingungen / Kräfte von einer Stelle, die weitestgehend radial zu einer Außenseite hin versetzt ist, zu einer Stelle, die weitestgehend radial nach innen versetzt ist, umleitet. Der Schwingungsentkoppler ist an einer radialen Außenumfangsfläche (des Stators) mit dem Stator über die gesamte Umfangsrichtung hinweg verbunden. Der Schwingungsentkoppler nähert sich zu einer axialen Stirnseite des Stators in radialer Richtung an und erstreckt sich radial nach innen so nah wie möglich an eine Achse heran. Auch ist der Schwingungsentkoppler zu der Stirnseite hin axial an dem Gehäuse in Umfangsrichtung befestigt. Der Schwingungsentkoppler kann zudem als ein Lagerschild einer Rotorwelle dienen.
-
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, sowie
- 2 eine detaillierte Längsschnittdarstellung der elektrischen Maschine nach 1 im Bereich eines Gehäuses, eines Stators und eines das Gehäuse und den Stator verbindenden Schwingungsentkopplers.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Mit 1 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 veranschaulicht. Die elektrische Maschine 1 dient dabei zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise als eine Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges. Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Ein Stator 3 ist fest in dem Gehäuse 2 aufgenommen. Des Weiteren weist die elektrische Maschine 1 einen angedeuteten Rotor 15 auf, der radial innerhalb des gesamtheitlich ringförmig ausgebildeten Stators 3 angeordnet ist. Eine Rotorwelle 16 des Rotors 15 ragt aus dem Gehäuse 2 hinaus und ist auf übliche Weise mit weiteren Bestandteilen eines Antriebsstranges des Kraftfahrzeuges weiter verbunden.
-
In diesem Zusammenhang sei prinzipiell darauf hingewiesen, dass die gegenständlich verwendeten Richtungsangaben axial, radial und Umfangsrichtung in Bezug auf eine zentrale Drehachse 20 der elektrischen Maschine 1, d. h. des Rotors 15, zu sehen sind. Unter axial / axiale Richtung ist eine Richtung entlang der Drehachse 20, unter radial / radiale Richtung eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 20 und unter Umfangsrichtung eine Richtung entlang einer konzentrisch zur Drehachse 20 umlaufenden Kreislinie zu verstehen.
-
Erfindungsgemäß, wie in 2 dann detailliert zu erkennen, dient ein Schwingungsentkoppler 4 zur Verbindung / Abstützung des Stators 3 im Gehäuse 2. Dieser Schwingungsentkoppler 4 weist einen Hülsenbereich 6 auf. Der Hülsenbereich 6 ist radial außerhalb des Stators 3 angeordnet und nimmt den Stator 3 unmittelbar zu seiner radialen Innenseite hin auf. Der Stator 3 ist folglich in dem Hülsenbereich 6 fest fixiert / eingepresst.
-
Zu einer ersten axialen Seite 17a des Stators 3 hin geht der Hülsenbereich 6 in einen ersten Scheibenbereich 7 über. Mit 2 ist zu erkennen, dass der erste Scheibenbereich 7 und der Hülsenbereich 6 in dieser Ausführung stoffeinteilig, d. h. als ein Bauteil, ausgebildet sind. Dieses Bauteil ist als Statorschild 11 bezeichnet.
-
Der erste Scheibenbereich 7 erstreckt sich von dem Hülsenbereich 6, d. h. von einer radialen Außenseite 5 des Stators 3 in radialer Richtung an den Stator 3 vorbei zu einer radialen Innenseite 8 des Stators 3 hin. Mit 1 ist auch zu erkennen, dass der erste Scheibenbereich 7 dabei axial beabstandet zu dem Stator 3 ist.
-
Der Schwingungsentkoppler 4 weist weiterhin einen zweiten Scheibenbereich 9 auf, der sich ausgehend von einer radial innerhalb des Stators 3 angeordneten Verbindungsstelle 13 mit dem ersten Scheibenbereich 7 wiederum radial nach außen weg erstreckt. Der zweite Scheibenbereich 9 erstreckt sich bis zu einem radial außerhalb des Stators 3 angeordneten Aufnahmebereich 10. Jener Aufnahmebereich 10 ist an dem Gehäuse 2 fixiert.
-
Mit 2 ist auch zu erkennen, dass der Aufnahmebereich 10 und der zweite Scheibenbereich 9 einen im Wesentlichen scheibenförmigen Lagerschild 12 ausbilden, der ebenfalls stoffeinteilig ausgeführt ist.
-
Statorschild 11 und Lagerschild 12 sind somit an der Verbindungsstelle 13, die radial innerhalb des Stators 3 angeordnet ist, miteinander verbunden. Vorzugsweise sind Statorschild 11 und Lagerschild 12 über mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete erste Befestigungsmittel 21, die hier als Schrauben umgesetzt sind, verbunden.
-
Der Aufnahmebereich 10 ist ebenfalls mittels mehrerer in Umfangsrichtung verteilt angeordneter (zweiter) Befestigungsmittel 22 an dem Gehäuse 2 angebracht. Diese zweiten Befestigungsmittel 22 sind ebenfalls bevorzugt als Schrauben umgesetzt.
-
Durch die plattenförmige Erstreckung des Lagerschilds 12 ist der Aufnahmebereich 10 ebenfalls axial versetzt zu dem Stator 3 angeordnet.
-
Hinsichtlich des Stators 3 sei darauf hingewiesen, dass dieser bevorzugt ein in 2 angedeutetes Blechpaket 14 aufweist. Der Stator 3 weist zudem auf typische Weise eine hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellte Spulenanordnung auf, die in dem Blechpaket 14 aufgenommen ist.
-
Des Weiteren ist in 2 hinsichtlich des Hülsenbereiches 6 zu erkennen, dass dieser einen ersten Längsabschnitt 18 aufweist, der das Blechpaket 14 / den Stator 3 über seine gesamte Länge hin kontaktiert / berührt. Über den gesamten ersten Längsabschnitt 18 hinweg ist ein radialer Spalt 23 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Hülsenbereich 6 vorgesehen. In einem an den ersten Längsabschnitt 18 anschließenden zweiten Längsabschnitt 19, der zu einer der ersten axialen Seite 17a abgewandten zweiten axialen Seite 17b des Stators 3 über den Stator 3 hinausragt, ist der Hülsenbereich 6 radial in dem Gehäuse 2 abgestützt.
-
Des Weiteren ist zu erkennen, dass jene Verbindungsstelle 13 zur Lagerung des Rotors 15, sprich der Rotorwelle 16, dient. Folglich ist die Rotorwelle 16 mit ihrer radialen Außenseite radial an dem Schwingungsentkoppler 4 abgestützt.
-
Zurückkommend auf 2 sei auch darauf hingewiesen, dass das Lagerschild 12, insbesondere der zweite Scheibenbereich 9, eine geringere Steifigkeit in Umfangsrichtung aufweist als der Statorschild 11, insbesondere der erste Scheibenbereich 7.
-
Zudem sei darauf hingewiesen, dass der Schwingungsentkoppler 4 derart ausgebildet ist, dass die beiden Scheibenbereiche 7, 9, d.h. das Statorschild 11 und das Lagerschild 12, sich lediglich an der Verbindungsstelle 13, radial innerhalb des Stators 3, axial kontaktieren. Radial außerhalb der Verbindungsstelle 13 besteht keine Anlage der beiden Scheibenbereiche 7, 9 aneinander.
-
Gemäß einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in 1 mit strichlierten Linien dargestellt ist, sind prinzipiell auch zwei Schwingungsentkoppler 4a, 4b zur Aufnahme des Stators 3 in dem Gehäuse 2 vorsehbar. Die beiden Schwingungsentkoppler 4a, 4b sind dann im Wesentlichen spiegelverkehrt eingesetzt, sodass die Scheibenbereiche 7, 9 des ersten Schwingungsentkopplers 4a gemäß dem Schwingungsentkoppler 4 nach den vorhergehenden Ausführungen ausgebildet und eingesetzt ist und der zweite Schwingungsentkoppler 4b mit seinen Scheibenbereichen 7, 9 zu der zweiten axialen Seite 17b eingesetzt ist.
-
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird bei einem Motor (elektrische Maschine), der prinzipiell aus Rotor 15, Stator 3 und Gehäuse 2 besteht, der Kraftfluss so umgeleitet, dass der Stator 3 seine Schwingungen möglichst gering an das Gehäuse 2 überträgt.
-
Dazu wird der Stator 3 nicht direkt mit dem Gehäuse 2 verbunden, sondern über einen Entkoppler (Schwingungsentkopplers 4) an das Gehäuse 2 angebunden. Der Entkoppler ist dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Kraftfluss von möglichst weit radiusaußen nach möglichst weit radiusinnen geleitet wird; (b) er mit dem Stator 3 an der radialen Außenfläche über die gesamte Mantelfläche flächig verbunden ist; (c) zunächst sich an einer axialen Stirnseite des Stators 3 radial so verengt, dass er möglichst achsennah ist; und (d) er am Gehäuse 2 axial stirnseitig flächig in Umfangsrichtung verbunden ist. Darüber hinaus kann der Entkoppler so ausgestaltet werden, dass er als Lagerschild für die Rotorwelle 16 dient.
-
Der Entkoppler besteht aus einem Statorschild 11 und einem Lagerschild 12. Der Stator 3 ist an der radialen Außenfläche über die gesamte Mantelfläche flächig mit dem Statorschild 11 verbunden, z.B. über einen Pressverband. Das Statorschild 11 ist so ausgestaltet, dass es auf einer Stirnseite des Stators 3 möglichst radial geschlossen ist und nur eine minimale Öffnung für die Durchführung der Rotorwelle 16 besitzt. Das Statorschild 11 wird möglich achsennah mit dem Lagerschild 12 axial verbunden, z.B. durch eine Anschraubung. Die achsennahe Verbindung des Entkopplers zeichnet sich dadurch aus, dass die radialäußeren Schwingungen des Stators 3 nicht bzw. stark vermindert übertragen werden. Das Lagerschild 12 wird schließlich an der Stirnseite des Gehäuses 2 verbunden, z.B. durch eine Anschraubung.
-
Die Wirkung des Entkopplers besteht darin, dass das Statorschild 11 zum einen als entkoppelnde Feder wirkt und den Kraftfluss des Stators 3 radial von außen nach innen lenkt, was eine Schwingungsabschwächung bewirkt. Zudem bewirkt das Statorschild 11 eine Versteifung der radialen Eigenschwingmoden des Stators 3, was sich ebenfalls positiv auf die Akustik auswirkt.
-
Das Statorschild 11 ist durch geeignete konstruktive Maßnahmen so ausgestaltet, dass es eine hohe Steifigkeit in tangentialer Umfangsrichtung aufweist, um das Drehmoment des Motors abstützen zu können. Dies kann beispielsweise durch Sicken erfolgen.
-
Das Lagerschild 12 kann des Weiteren konstruktiv so ausgestaltet werden, dass die Rotorwelle 16 zusätzlich gelagert wird.
-
Außerdem kann in einer erweiterten Variante der Entkoppler prinzipiell auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 3 ebenfalls eingebaut werden, sodass somit zwei Entkoppler (erster Schwingungsentkoppler 4a und zweiter Schwingungsentkoppler 4b) eingebaut sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Gehäuse
- 3
- Stator
- 4
- Schwingungsentkoppler
- 4a
- erster Schwingungsentkoppler
- 4b
- zweiter Schwingungsentkoppler
- 5
- Außenseite
- 6
- Hülsenbereich
- 7
- erster Scheibenbereich
- 8
- Innenseite
- 9
- zweiter Scheibenbereich
- 10
- Aufnahmebereich
- 11
- Statorschild
- 12
- Lagerschild
- 13
- Verbindungsstelle
- 14
- Blechpaket
- 15
- Rotor
- 16
- Rotorwelle
- 17a
- erste axiale Seite
- 17b
- zweite axiale Seite
- 18
- erster Längsabschnitt
- 19
- zweiter Längsabschnitt
- 20
- Drehachse
- 21
- erstes Befestigungsmittel
- 22
- zweites Befestigungsmittel
- 23
- Spalt
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015001447 A1 [0003]
- DE 102017202262 A1 [0003]
