DE102022004793A1 - Fastening arrangement of a laminated core of a stator to a housing of an axial flow machine, in particular for a motor vehicle, axial flow machine and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung (10) eines Blechpakets (12) eines Stators (14) an einem Gehäuse (16) einer Axialflussmaschine, bei welcher das Blechpaket (12) auf seinen beiden axialen Stirnseiten (S1, S2) jeweils wenigstens eine Wicklung (18, 20) des Stators (14) trägt, wobei das Blechpaket (12) an dem Gehäuse (16) über wenigstens ein separat von dem Blechpaket (12) und separat von dem Gehäuse (16) ausgebildetes und mit dem Gehäuse (16) verbundenes Verbindungselement (24) befestigt ist, welches mit einem Längenbereich (L) des Blechpakets (12) und dadurch mit dem Blechpaket (12) verbunden ist, dessen Längenbereich (L) in axialer Richtung des Stators (14) zwischen jeweiligen, von dem Blechpaket (12) in radialer Richtung (22) des Stators (14) nach außen hin abstehenden Wicklungsbereichen (W1) der Wicklungen (18, 20) angeordnet ist.The invention relates to a fastening arrangement (10) of a laminated core (12) of a stator (14) on a housing (16) of an axial flux machine, in which the laminated core (12) carries at least one winding (18, 20) of the stator (14) on each of its two axial end faces (S1, S2), wherein the laminated core (12) is fastened to the housing (16) via at least one connecting element (24) which is formed separately from the laminated core (12) and separately from the housing (16) and is connected to the housing (16), which is connected to a longitudinal region (L) of the laminated core (12) and thereby to the laminated core (12), the longitudinal region (L) of which is arranged in the axial direction of the stator (14) between respective winding regions (W1) of the windings (18, 20) which protrude outwards from the laminated core (12) in the radial direction (22) of the stator (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines Blechpakets eines Stators an einem Gehäuse einer Axialflussmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Axialflussmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Axialflussmaschine.The invention relates to a fastening arrangement of a laminated core of a stator on a housing of an axial flow machine, in particular of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to an axial flow machine, in particular for a motor vehicle. The invention also relates to a motor vehicle with at least one such axial flow machine.
Der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befestigungsanordnung eines Blechpakets eines Stators an einem Gehäuse einer Axialflussmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, einer Axialflussmaschine wenigstens einer solchen Befestigungsanordnung und ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Axialflussmaschine zu schaffen, sodass eine besonders vorteilhafte Befestigung des Blechpakets an dem Gehäuse darstellbar ist.The object of the present invention is to provide a fastening arrangement of a laminated core of a stator to a housing of an axial flux machine, in particular of a motor vehicle, an axial flux machine, at least one such fastening arrangement and a motor vehicle with at least one such axial flux machine, so that a particularly advantageous fastening of the laminated core to the housing can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Axialflussmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a fastening arrangement with the features of patent claim 1, by an axial flow machine with the features of patent claim 9 and by a motor vehicle with the features of
Bei der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung eines Blechpakets eines Stators an einem Gehäuse einer Axialflussmaschine, mithin einer als Axialflussmaschine ausgebildeten, elektrischen Maschine trägt das Blechpaket auf seinen beiden axialen Stirnseiten jeweils wenigstens eine Wicklung des Stators. Daher wird die jeweilige Wicklung auch als jeweilige Statorwicklung bezeichnet. Die axialen Stirnseiten des Blechpakets weisen in axialer Richtung des Stators voneinander weg, sodass eine erste der Wicklungen an oder auf einer ersten der axialen Stirnseiten und eine zweite der Wicklungen an oder auf einer zweiten der axialen Stirnseiten angeordnet ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Axialflussmaschine in H-Bauweise oder H-Anordnung ausgebildet ist beziehungsweise eine H-Bauweise oder H-Anordnung aufweist. Hier ist es insbesondere vorgesehen, dass die Axialflussmaschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand einen Rotor aufweist, welcher mittels des Stators antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Die Maschinendrehachse fällt mit der axialen Richtung des Stators und somit des Rotors und der Axialflussmaschine insgesamt zusammen. Dabei weist der Rotor zwei in axialer Richtung des Stators und des Rotors voneinander beabstandet und beispielsweise als Rotorscheiben ausgebildete Rotorteile auf, wobei der Stator zumindest teilweise in axialer Richtung der Axialflussmaschine zwischen den Rotorteilen angeordnet ist, insbesondere derart, dass ein erstes der Rotorteile in eine parallel zur axialen Richtung der Axialflussmaschine verlaufende, erste Richtung, die von dem ersten Rotorteil hin zu dem zweiten Rotorteil weist, zumindest teilweise durch den Stator überlappt, das heißt überdeckt ist, wobei das zweite Rotorteil in eine parallel zur axialen Richtung der Axialflussmaschine verlaufende und der ersten Richtung entgegengesetzte, zweite Richtung, welche von dem zweiten Rotorteil hin zu dem ersten Rotorteil weist, zumindest teilweise durch den Stator überlappt ist.In the fastening arrangement according to the invention of a laminated core of a stator on a housing of an axial flux machine, i.e. an electrical machine designed as an axial flux machine, the laminated core carries at least one winding of the stator on each of its two axial end faces. Therefore, the respective winding is also referred to as the respective stator winding. The axial end faces of the laminated core point away from each other in the axial direction of the stator, so that a first of the windings is arranged on or on a first of the axial end faces and a second of the windings is arranged on or on a second of the axial end faces. This is particularly advantageous if the axial flux machine is designed in an H-construction or H-arrangement or has an H-construction or H-arrangement. Here, it is particularly provided that the axial flux machine in its fully manufactured state has a rotor which can be driven by means of the stator and can therefore be rotated about a machine axis of rotation relative to the stator. The machine axis of rotation coincides with the axial direction of the stator and thus of the rotor and the axial flux machine as a whole. The rotor has two rotor parts that are spaced apart from one another in the axial direction of the stator and the rotor and are designed, for example, as rotor disks, wherein the stator is arranged at least partially in the axial direction of the axial flow machine between the rotor parts, in particular such that a first of the rotor parts is at least partially overlapped by the stator, i.e. covered, in a first direction that runs parallel to the axial direction of the axial flow machine and points from the first rotor part to the second rotor part, wherein the second rotor part is at least partially overlapped by the stator in a second direction that runs parallel to the axial direction of the axial flow machine and is opposite to the first direction and points from the second rotor part to the first rotor part.
Um nun das Blechpaket besonders vorteilhaft an dem Gehäuse befestigen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Blechpaket an dem Gehäuse über wenigstens oder genau ein separat von dem Blechpaket und separat von dem Gehäuse ausgebildetes Verbindungselement befestigt ist, welches mit dem Gehäuse verbunden ist. Das Verbindungselement ist auch mit einem Längenbereich des Blechpakets und dadurch mit dem Blechpaket verbunden, wobei der Längenbereich des Blechpakets in axialer Richtung des Stators und somit der Axialflussmaschine zwischen jeweiligen, von dem Blechpaket in radialer Richtung des Stators nach außen hin abstehenden Wicklungsbereichen der Wicklungen angeordnet ist. Mit anderen Worten weist beispielsweise die erste Wicklung einen ersten der Wicklungsbereiche auf, und die zweite Wicklung weist einen zweiten der Wicklungsbereiche auf, wobei die Wicklungsbereiche in radialer Richtung des Stators nach außen hin von dem Blechpaket abstehen, mithin das Blechpaket in radialer Richtung des Stators nach außen hin überragen. Dabei ist der Längenbereich in axialer Richtung des Stators zwischen den Wicklungsbereichen angeordnet. Insbesondere ist das Verbindungselement derart mit dem Gehäuse verbunden, dass in um die axiale Richtung des Stators verlaufender Umfangsrichtung des Stators erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Verbindungselement und dem Gehäuse unterbleiben, sodass das Verbindungselement drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise das Verbindungselement derart mit dem Gehäuse verbunden, dass in axialer Richtung der Axialflussmaschine beziehungsweise des Stators erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Verbindungselement und dem Gehäuse unterbleiben. Entsprechendes kann auf das Verbindungselement und das Blechpaket übertragen werden. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verbindungselement drehfest mit dem Längenbereich und somit drehfest mit dem Blechpaket verbunden ist, sodass das Verbindungselement vorzugsweise derart mit dem Längenbereich und somit mit dem Blechpaket verbunden ist, dass in um die axiale Richtung des Stators verlaufender Umfangsrichtung erfolgende Relativdrehungen zwischen dem Verbindungselement und dem Blechpaket unterbleiben. Alternativ oder zusätzlich ist das Verbindungselement derart mit dem Längenbereich und somit mit dem Blechpaket verbunden, dass in axialer Richtung des Stators erfolgende Relativbewegungen zwischen dem Verbindungselement und dem Blechpaket unterbleiben, das heißt unterbunden sind.In order to be able to attach the laminated core to the housing in a particularly advantageous manner, the invention provides that the laminated core is attached to the housing via at least one or exactly one connecting element that is formed separately from the laminated core and separately from the housing and is connected to the housing. The connecting element is also connected to a length of the laminated core and thus to the laminated core, wherein the length of the laminated core is arranged in the axial direction of the stator and thus of the axial flux machine between respective winding regions of the windings that protrude outward from the laminated core in the radial direction of the stator. In other words, for example, the first winding has a first of the winding regions and the second winding has a second of the winding regions, wherein the winding regions protrude outward from the laminated core in the radial direction of the stator, thus protruding outward beyond the laminated core in the radial direction of the stator. The length of the length is arranged in the axial direction of the stator between the winding regions. In particular, the connecting element is connected to the housing in such a way that relative rotations between the connecting element and the housing in the circumferential direction of the stator running around the axial direction of the stator are avoided, so that the connecting element is connected to the housing in a rotationally fixed manner. Alternatively or additionally, for example, the connecting element is connected to the housing in such a way that relative movements between the connecting element and the housing in the axial direction of the axial flow machine or the stator omitted. The same can be applied to the connecting element and the laminated core. It is therefore preferably provided that the connecting element is connected in a rotationally fixed manner to the longitudinal region and thus in a rotationally fixed manner to the laminated core, so that the connecting element is preferably connected in such a way to the longitudinal region and thus to the laminated core that relative rotations between the connecting element and the laminated core in the circumferential direction running around the axial direction of the stator are omitted. Alternatively or additionally, the connecting element is connected in such a way to the longitudinal region and thus to the laminated core that relative movements between the connecting element and the laminated core in the axial direction of the stator are omitted, i.e. prevented.
Zur Erfindung gehört auch eine Axialflussmaschine, welche wenigstens eine Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine anzusehen und umgekehrt.The invention also includes an axial flow machine which has at least one fastening arrangement according to the invention. Advantages and advantageous embodiments of the fastening arrangement according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the axial flow machine according to the invention and vice versa.
Zur Erfindung gehört ein einfach als Fahrzeug bezeichnetes und vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Axialflussmaschine aufweist und beispielsweise, insbesondere rein, elektrisch mittels der Axialflussmaschine antreibbar ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung und der erfindungsgemäßen Axialflussmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.The invention includes a motor vehicle, referred to simply as a vehicle and preferably designed as a motor vehicle, in particular a passenger car, which has at least one axial flux machine according to the invention and can be driven, for example, in particular purely electrically, by means of the axial flux machine. Advantages and advantageous embodiments of the fastening arrangement according to the invention and the axial flux machine according to the invention are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the motor vehicle according to the invention and vice versa.
Insbesondere ist die Axialflussmaschine eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 V, insbesondere größer als 60 V, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt.In particular, the axial flux machine is a high-voltage component whose electrical voltage, in particular electrical operating or nominal voltage, is preferably greater than 50 V, in particular greater than 60 V, and most preferably amounts to several hundred volts.
Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Konventionelle, auch als Radialflussmotoren bezeichnete Radialflussmaschinen (RFM) weisen üblicherweise ein zylindrisches, gestapeltes Blechpaket sowie Wicklungen auf, die auf einer Innenseite eingelegt werden und axial über das Blechpaket hinausragen und somit wenigstens einen Wickelkopf bilden. Häufig werden Statoren, insbesondere von Radialflussmaschinen, derart in einem Gehäuse befestigt, dass das Blechpaket der jeweiligen Radialflussmaschine über seinen glatten Außendurchmesser in das Gehäuse eingepresst wird, wodurch auch hohe Drehmomente zwischen dem Blechpaket und dem Gehäuse sicher übertragen werden können.The invention is based in particular on the following findings and considerations: Conventional radial flux machines (RFM), also known as radial flux motors, usually have a cylindrical, stacked laminated core and windings that are inserted on an inner side and protrude axially beyond the laminated core, thus forming at least one winding head. Stators, in particular of radial flux machines, are often fastened in a housing in such a way that the laminated core of the respective radial flux machine is pressed into the housing via its smooth outer diameter, which means that even high torques can be safely transmitted between the laminated core and the housing.
Axialflussmaschinen hingegen weisen insbesondere bei der Ausführungsart als Doppelrotor, das heißt insbesondere in H-Bauweise, einen zentralen Stator mit beidseitigen, axialen Wicklungen auf. Der Stator weist dabei beispielsweise insbesondere in einer Ausführung mit verteilter Wicklung in zentrales Ringkernblechpaket auf. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass das Blechpaket des Stators ringförmig und somit als ein Ring, insbesondere als ein Ringkern, ausgebildet ist. Insbesondere ist das Blechpaket eines zentralen Ringkernblechpakets, welches beispielsweise auf seinen axialen Stirnseiten jeweilige, insbesondere als Nuten ausgebildete Ausnehmungen aufweist, in welchen die Wicklungen jeweils zumindest teilweise angeordnet sind. Die Wicklungsbereiche bilden jeweilige Wickelköpfe, welche jedoch nicht wie bei Radialflussmaschinen in axialer Richtung, sondern in radialer Richtung des Stators nach außen von dem Blechpaket abstehen. Ferner ist es denkbar, dass weitere Wicklungsbereiche der Wicklungen in radialer Richtung des Stators nach innen hin von dem Blechpaket abstehen und somit weitere, radial innere Wickelköpfe bilden. Die durch die ersten, in radialer Richtung des Stators nach außen von dem Blechpaket abstehenden Wicklungsbereiche gebildeten Wickelköpfe werden auch als radial äußere Wickelköpfe bezeichnet. Der jeweilige, radial äußere Wickelkopf ist radial größer als das Blechpaket, sodass üblicherweise ein direktes Verpressen des Blechpakets mit dem oder in das Gehäuse nicht möglich ist. Daher wird erfindungsgemäß das Verbindungselement als zusätzliches Element verwendet, um das auch als Statorblechpaket bezeichnete Blechpaket mit dem Gehäuse zu verbinden, das heißt an dem Gehäuse zu befestigen. Als Hauptfunktion kommt beispielsweise dem Verbindungselement eine sichere Drehmomentübertragung zwischen dem Stator und dem Gehäuse insbesondere auch über eine hohe Lebensdauer der Axialflussmaschine hinweg zu.Axial flux machines, on the other hand, have a central stator with axial windings on both sides, particularly in the double rotor design, i.e. in particular in an H-construction. The stator has a central toroidal core laminated core, for example, particularly in a design with distributed winding. In other words, it is conceivable that the laminated core of the stator is ring-shaped and thus designed as a ring, in particular as a toroidal core. In particular, the laminated core of a central toroidal core laminated core, which has, for example, respective recesses on its axial end faces, in particular designed as grooves, in which the windings are each at least partially arranged. The winding areas form respective winding heads, which, however, do not protrude outwards from the laminated core in the axial direction as in radial flux machines, but in the radial direction of the stator. It is also conceivable that further winding areas of the windings protrude inwards from the laminated core in the radial direction of the stator and thus form further, radially inner winding heads. The winding heads formed by the first winding areas that protrude outwards from the laminated core in the radial direction of the stator are also referred to as radially outer winding heads. The respective radially outer winding head is radially larger than the laminated core, so that it is usually not possible to press the laminated core directly onto or into the housing. Therefore, according to the invention, the connecting element is used as an additional element to connect the laminated core, also referred to as the stator laminated core, to the housing, i.e. to fasten it to the housing. The main function of the connecting element is, for example, to ensure secure torque transmission between the stator and the housing, particularly over a long service life of the axial flow machine.
Derzeit ist keine großserientechnische Anwendung von Doppelrotoren mit verteilter Wicklung mit Ringkernblechpaket im Stator bekannt. Demgegenüber ermöglicht die Erfindung jedoch eine großserientaugliche Herstellung des Stators. Axialflussmaschinen haben Vorteile in der hohen Leistungsdichte und dem Leistungsgewicht sowie dem axial kurzen Aufbau. Große Herausforderungen bisher sind die Industrialisierung für eine Großserie und Lebensdauer sowie hinsichtlich eines vorteilhaften auch als NVH-Verhalten bezeichneten Geräuschverhaltens insbesondere für den automobilen Bereich. Axialflussmaschinen sind aufgrund ihres scheibenförmigen Aufbaus und der hohen radialen Durchmesser deutlich anfälliger für unerwünschte Geräusche, wodurch dies ein entscheidenden Kriterium für eine erfolgreiche Implementierung im Automobilbau ist. Es ist existieren Bauformen mit Doppelrotor und Einzelzahnwicklung. Hierbei besteht der Stator aus vielen einzelnen Polen mit Wicklungen, die später in einem Zusammenbau zusammengesetzt werden. Eine Einzelzahntopologie hat prinzipielle Nachteile bezüglich des Geräuschverhaltens gegenüber einer verteilten Wicklung. Die Herstellung einzelner Pole und die Wicklung stellt als solches einen robusten Prozess dar. Der größte Nachteil besteht jedoch darin, dass die einzelnen Pole im Stator sicher zueinander und nach außen zum Gehäuse zu einem robusten, sicheren System verbunden werden müssen. Radial um die Pole befindet sich die Wicklung, sodass es kaum Fläche gibt, um diese anzubinden. Es besteht die Möglichkeit, eine Integration radial über die Polschuhe vorzunehmen, jedoch steht hier nur eine sehr geringe Fläche zur Verfügung. Eine Erhöhung der Fläche bedeutet mehr axialen Aufbau, der nicht zur Drehmomentsteigerung (Kupfer) beiträgt. Es besteht die Möglichkeit, die Polschuhe axial über eine geschlossene Scheibe mit anderen Polen zu verkleben und diese an das Gehäuse anzubinden. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, dass die Scheibe den Luftspalt vergrößert und dadurch die Effizienz sinkt. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können durch die Erfindung vermieden werden.Currently, there is no known large-scale application of double rotors with distributed winding with a toroidal core stack in the stator. However, the invention enables the stator to be manufactured in large-scale production. Axial flow machines have advantages in terms of high power density and power-to-weight ratio as well as their axially short structure. The major challenges to date have been industrialization for large-scale production and service life as well as advantageous noise behavior, also known as NVH behavior, particularly for the automotive sector. Due to their disk-shaped structure and large radial diameter, axial flow machines are significantly more susceptible to unwanted Noise, which makes this a decisive criterion for successful implementation in automotive engineering. There are designs with double rotors and single-tooth windings. The stator consists of many individual poles with windings that are later put together in one assembly. A single-tooth topology has fundamental disadvantages in terms of noise behavior compared to a distributed winding. The production of individual poles and the winding as such represents a robust process. The biggest disadvantage, however, is that the individual poles in the stator must be securely connected to one another and to the outside of the housing to form a robust, secure system. The winding is located radially around the poles, so there is hardly any surface to connect it. It is possible to integrate radially via the pole shoes, but only a very small surface is available here. Increasing the surface means more axial construction, which does not contribute to increasing the torque (copper). It is possible to glue the pole shoes axially to other poles via a closed disk and connect them to the housing. However, this has the disadvantage that the disc increases the air gap and thus reduces efficiency. The problems and disadvantages mentioned above can be avoided by the invention.
Somit ermöglicht die Erfindung eine Industrialisierung, das heißt eine großserientaugliche Herstellung des Stators sowie ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten der Axialflussmaschine. Das Blechpaket ist dabei vorzugsweise ein zentrales Ringkernblechpaket, an dem axial beidseitig die Wicklungen angeordnet sind. Vorzugsweise ist die jeweilige Wicklung als eine jeweilige verteilte Wicklung ausgeführt, das heißt ausgebildet. Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine sichere Integration des Stators in das Gehäuse. Das Verbindungselement kann beispielsweise aus einem Stahl, Aluminium und/oder einem Verbundwerkstoff (CFK/GFK) gebildet sein. Das Verbindungselement kann aus Platten hergestellt sein, durch Blechumformung hergestellt sein oder durch Guss hergestellt sein, sodass beispielsweise das Verbindungselement als ein Gussbauteil ausgebildet sein kann. Das Verbindungselement kann aus Vollmaterial oder einzelnen, gestapelten, verklebten Lamellen hergestellt sein. Das Verbindungselement weist beispielsweise in seinem Steg zwischen dem Blechpaket und dem Gehäuse wenigstens eine oder mehrere, auch als Löcher bezeichnete Durchgangsöffnungen auf, um das Gewicht und die elektromagnetischen Verluste, insbesondere im Hinblick auf Wirbelströme, vorteilhaft gering halten zu können. Vorzugsweise hat das Verbindungselement einen Isolationsabstand zu beiden Wicklungen. Ferner ist es denkbar, dass das Verbindungselement eine Beschichtung zur Isolation aufweist. Mit anderen Worten ist die genannte Beschichtung eine elektrisch isolierende Beschichtung, mit welcher beispielsweise ein Grundkörper des Verbindungselements versehen ist. Das Verbindungselement kann durch folgende Verfahren an dem Gehäuse und/oder an dem Blechpaket befestigt sein: Einpressen, thermisches Fügen, Unrund, Verzahnung, Polygon, Stiftverbindung, Speichenverbindung, Schraubverbindung, Magnetumformung, stoffschlüssig Durchkleben und/oder Schweißen und/oder Löten. Das Verbindungselement kann folgende Sonderformen zur Verbindung mit dem Blechpaket und/oder dem Gehäuse aufweisen:
- - L-förmige oder I-förmige Gestaltung des Verbindungselements zur Vergrößerung der Anpressfläche
- - Verzahnung auf unrundes Blechpaket beziehungsweise Polygonverbindung
- - Verzahnung in Nuten durch einzelne Zähne am Verbindungselement, wie zum Beispiel Verzahnung in Wicklungsnut
- - Stiftverbindung: Löcher im Blechpaket gestanzt oder nachträglich eingebracht; Verbindungselement über das Blechpaket pressen; Stifte einschieben zur Drehmomentübertragung; Löcher angeordnet vorzugsweise zwischen zwei Polen im Nutgrund; vorzugsweise elektrisch isolierter Stift
- - Vergrößerung eines L- oder I-förmigen Blechs zusätzlich über die Zähne unterhalb der Wicklung zur Erhöhung der Fläche
- - Speichen von außen in das Blechpaket einpressen und am Gehäuse befestigen
- - L-shaped or I-shaped design of the connecting element to increase the contact surface
- - Gearing on non-circular sheet stack or polygon connection
- - Toothing in grooves by individual teeth on the connecting element, such as toothing in winding groove
- - Pin connection: holes punched in the laminated core or subsequently inserted; connecting element pressed over the laminated core; pins inserted for torque transmission; holes preferably arranged between two poles in the groove base; preferably electrically insulated pin
- - Enlargement of an L- or I-shaped sheet additionally over the teeth below the winding to increase the area
- - Press the spokes into the sheet metal package from the outside and attach them to the housing
Durch die Erfindung können zumindest die folgenden Vorteile realisiert werden:
- - geringste NVH-Anregung durch verteilte Wicklung
- - Ringkernblechpaket und Einlegung der Wicklung als großserientaugliche Prozesse; prozesssichere, kostengünstige und lebensdauersichere Integration des Blechpakets in das Gehäuse
- - prozesssichere Integration durch Stand der Technik-Materialien und -Prozesse
- - mechanisch sichere Abstützung aller auftretenden Kräfte, sowohl axial als auch radial
- - lebensdauersichere Integration durch mechanische Verbindung
- - definierte Positionierung des Stators nach Form und Lagetoleranzen
- - großserientaugliche und Stand der Technik-Einzelprozesse
- - kostengünstige Realisierung durch Großserienprozesse im Automobilbereich
- - Einhaltung aller Isolationsanforderungen zum Gehäuse und Wicklungen
- - keine beziehungsweise kaum Einflüsse auf elektromagnetisches Verhalten des Stators, da axial außerhalb des Luftspaltfelds und zwischen Wicklungen
- - lowest NVH excitation due to distributed winding
- - Toroidal core lamination and winding insertion as processes suitable for large-scale production; process-reliable, cost-effective and service-safe integration of the lamination package into the housing
- - process-safe integration through state-of-the-art materials and processes
- - mechanically safe support of all occurring forces, both axial and radial
- - Lifetime-safe integration through mechanical connection
- - defined positioning of the stator according to shape and position tolerances
- - state-of-the-art individual processes suitable for large-scale production
- - cost-effective implementation through large-scale production processes in the automotive sector
- - Compliance with all insulation requirements for the housing and windings
- - no or hardly any influence on the electromagnetic behaviour of the stator, as it is axially outside the air gap field and between windings
Das Verbindungselement kann beispielsweise mit dem Blechpaket beziehungsweise mit dem Längenbereich und/oder mit dem Gehäuse kraft- und/oder formschlüssig erfolgen. Das Verbindungselement kann so ausgestaltet sein, dass das reine Blechpaket (ohne Wicklungen) durch das Verbindungselement an dem Gehäuse befestigt werden kann, sodass die Wicklungen später noch erfolgen können oder auch, dass der bereits fertig gewickelte Stator durch das Verbindungselement am Gehäuse durch den Statorkern (Blechpaket) befestigt wird.The connecting element can, for example, be connected to the laminated core or to the length range and/or to the housing in a force-fitting and/or form-fitting manner. The connecting element can be designed in such a way that the pure laminated core (without windings) can be attached to the housing by the connecting element so that the windings can be added later, or the already wound stator can be attached to the housing by the connecting element through the stator core (laminated core).
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Befestigungsanordnung eines Blechpakets eines Stators an einem Gehäuse einer Axialflussmaschine; -
2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
3 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der zweiten Ausführungsform; -
4 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
5 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der dritten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
6 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der dritten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
7 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer vierten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
8 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der vierten Ausführungsform; und -
9 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer fünften Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
10 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der fünften Ausführungsform; -
11 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer sechsten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
12 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer siebten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
13 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer achten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
14 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der achten Ausführungsform; -
15 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer neunten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
16 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der neunten Ausführungsform; -
17 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer zehnten Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
18 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der zehnten Ausführungsform; -
19 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer elften Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
20 eine schematische Vorderansicht eines Gehäuses der elften Ausführungsform; -
21 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der elften Ausführungsform der Befestigungsanordnung; -
22 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer zwölften Ausführungsform der Befestigungsanordnung; und -
23 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht einer dreizehnten Ausführungsform der Befestigungsanordnung.
-
1 a detail of a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of a fastening arrangement of a laminated core of a stator to a housing of an axial flow machine; -
2 a detail of a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the fastening arrangement; -
3 a partial schematic and sectional perspective view of the second embodiment; -
4 a detail of a schematic longitudinal sectional view of a third embodiment of the fastening arrangement; -
5 a partial schematic side view of the third embodiment of the fastening arrangement; -
6 a partial schematic and sectional perspective view of the third embodiment of the fastening arrangement; -
7 a detail of a schematic longitudinal sectional view of a fourth embodiment of the fastening arrangement; -
8th a partial schematic and sectional perspective view of the fourth embodiment; and -
9 a detail of a schematic longitudinal sectional view of a fifth embodiment of the fastening arrangement; -
10 a partial schematic and sectional perspective view of the fifth embodiment; -
11 a schematic longitudinal sectional view of a sixth embodiment of the fastening arrangement; -
12 a detail of a schematic longitudinal sectional view of a seventh embodiment of the fastening arrangement; -
13 a detail of a schematic longitudinal sectional view of an eighth embodiment of the fastening arrangement; -
14 a partial schematic and sectional perspective view of the eighth embodiment; -
15 a partial schematic longitudinal sectional view of a ninth embodiment of the fastening arrangement; -
16 a partial schematic and sectional perspective view of the ninth embodiment; -
17 a schematic longitudinal sectional view of a tenth embodiment of the fastening arrangement; -
18 a partial schematic and sectional perspective view of the tenth embodiment; -
19 a partial schematic longitudinal sectional view of an eleventh embodiment of the fastening arrangement; -
20 a schematic front view of a housing of the eleventh embodiment; -
21 a partial schematic and sectional perspective view of the eleventh embodiment of the fastening arrangement; -
22 a schematic longitudinal sectional view of a twelfth embodiment of the fastening arrangement; and -
23 a schematic longitudinal sectional view of a thirteenth embodiment of the fastening arrangement.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with identical reference symbols.
Die Axialflussmaschine weist in ihrem vollständig hergestellten Zustand auch einen Rotor auf, welcher mittels des Stators 14 antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse 23 relativ zu dem Stator 14 drehbar ist.In its fully manufactured state, the axial flow machine also has a rotor which can be driven by means of the
Aus
Um nun den Stator 14 besonders vorteilhaft in das Gehäuse 16 integrieren und dabei das Blechpaket 12 besonders vorteilhaft mit dem Gehäuse 16 verbinden zu können, ist es bei der Befestigungsanordnung 10 vorgesehen, dass das Blechpaket 12 über wenigstens ein separat von dem Blechpaket 12 und separat von dem Gehäuse 16 ausgebildetes und mit dem Gehäuse 16 verbundenes Verbindungselement 24 verbunden ist, welches insbesondere mit einer dem Stator 14 zugewandten, innenumfangsseitigen Mantelfläche 26 des Gehäuses 16 verbunden ist. Das Verbindungselement 24 ist auch mit dem Längenbereich L, insbesondere mit einer in dem Längenbereich L vorgesehenen, außenumfangsseitigen Mantelfläche 28 des Blechpakets 12 verbunden, wobei die außenumfangsseitige Mantelfläche 28 in radialer Richtung des Stators 14 beziehungsweise der Axialflussmaschine der innenumfangsseitigen Mantelfläche 26 zugewandt ist. Insbesondere ist das Verbindungselement 24 mit der Mantelfläche 28 verbunden. Es ist erkennbar, dass beispielsweise der Stator 14 und das Gehäuse 16 einen Statorzusammenbau (Stator-ZB) bilden, bei dem das Verbindungselement 24 sowohl mit dem Gehäuse 16 als auch mit dem Blechpaket 12 verbunden ist, sodass das Blechpaket 12 über das Verbindungselement 24 mit dem Gehäuse 16 verbunden ist.In order to be able to integrate the
Besonders gut aus
In den
Das Verbindungselements 35 kann beispielsweise auch als Stiftverbindung und/oder Polygonverbindung ausgeführt sein oder alternativ auch als Schweißverbindung, in dem das Verbindungselements 35 durch einen Schweißprozess stoffbündig mit dem Blechpaket 12 und dem Verbindungselement 24. Insbesondere kann dann auch in einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform die Verbindung zwischen dem Verbindungselement 24 und dem Blechpaket 12 ganz stoffschlüssig ausgeführt sein, in dem eben durch einen Schweißprozess das Verbindungselement 24 an das Blechpaket 12 zumindest über Schweißpunkt angeschweißt wird.The connecting
Vorteilhaft sind die Verbindungselements 35 oder alternativ die Schweißpunkte in Umfangsrichtung im Bereich der Nuten des Blechpakets 12 angeordnet, da im bewickelten und bestromten Stator 14 in Umfangsrichtung im Bereich der Nuten und damit der Wicklungen 18,20 der geringste elektromagnetische Fluss herrscht und so die Verbindungselements 35 beziehungsweise Schweißpunkte keine wesentlichen zusätzlichen Verluste im elektromagnetische Fluss bedeuten und damit unkritisch sind.Advantageously, the connecting
Vorteilhaft können die Verbindungselements 35 auch von außen ein- oder aufgesteckt werden, so dass zuerst das Verbindungselements 24 angeordnet werden kann um dann danach zumindest ein, vorteilhaft mehrere Verbindungselements 35 einzufügen und so das Verbindungselements 24 über die Verbindungselements 35 mit dem Blechpaket 12 zu verbinden.Advantageously, the connecting
Schließlich zeigen
Hierfür weist der Längenbereich L, insbesondere die außenumfangsseitige Mantelfläche 28 des Blechpakets 12, eine unrunde Form, insbesondere ein polygones oder polygonförmiges Profil auf. Mit anderen Worten weist beispielsweise der Längenbereich L, insbesondere die außenumfangsseitige Mantelfläche 28, eine Polygonform, mithin die Form eines Polygons auf. Dabei ist wie in
Analog kann Entsprechendes und damit eine umlaufende Polygonform auf das Verbindungselement 24 und das Gehäuse 16 übertragen werden. Beispielsweise weist das Gehäuse 16, insbesondere die Mantelfläche 26, eine dritte Form auf, und das Verbindungselement 24, insbesondere eine der Mantelfläche 26 zugewandte, außenumfangsseitige Mantelfläche 38 des Verbindungselements 24, weist beispielsweise eine vierte Form auf, die beispielsweise an die dritte Form angepasst ist. Die dritte Form und die vierte Form sind unrund und dabei insbesondere polygonförmig, sodass vorzugsweise eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 16 und dem Verbindungselement 24 vorgesehen ist. Die unrunde und vorliegend polygonförmige Form des Gehäuses 16, insbesondere der innenumfangsseitigen Mantelfläche 26, kann dabei wie bei der außenumfangsseitige Mantelfläche 28 des Blechpakets 12 symmetrisch ausgeführt sein um hier die Handhabung zu vereinfachen oder insbesondere asymmetrisch um eine Vorzugsrichtung bei der Montage vorzugeben.Analogously, something similar and thus a circumferential polygonal shape can be transferred to the connecting
Die jeweilige Ausgestaltung der jeweiligen Mantelfläche 28, 36 in Polygonform kann besonders gut aus
Auch kann beispielsweise das Blechpaket 12 des Stator 14 gleich bei der Herstellung unrund gewickelt und gestaltet werden, so dass dieser eine unrunde außenumfangsseitige Mantelfläche 28 aufweist oder diese Form erst in einem weiteren Bearbeitungsschritt hergestellt werden.For example, the
Weist beispielsweise das Verbindungselement 24 sowohl eine unrunde, insbesondere polygonförmige, außenumfangsseitige Mantelfläche 38 und innenumfangsseitige Mantelfläche 36 auf, kann eine formschlüssige Verbindung zur Drehmomentübertragung realisiert werden, wodurch eine radiale Pressung auf den Stator reduziert werden kann. If, for example, the connecting
Durch eine solche Verbindung über das Verbindungselement 24 bedarf es keiner weiteren Sicherung in radialer und Umfangsrichtung, was eine kostengünstige Lösung darstellt. Durch die in den anderen Ausführungen gezeigten Möglichkeiten einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung in axialer Richtung kann somit eine Befestigungsanordnung 10 in alle Richtungen geschaffen werden.Such a connection via the connecting
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass das Verbindungselement 24 beispielsweise mehrteilig realisiert werden kann, was insbesondere auch zumindest teilweise in Umfangsrichtung unterteilt sein kann. Auch können insbesondere mehrere Verbindungselemente 24 zur Befestigungsanordnung 10 beitragen, so dass ein Blech als Verbindungselemente 24 von links in axialer Richtung und ein anderes Blech als Verbindungselemente 24 von rechts in axialer Richtung befestig wird. Dadurch kann eine möglichst große Bedeckung für die Form- und Lagetoleranzen realisiert werden, sowie eine möglichst hohe Steifigkeit des Stator 14 erreicht werden.In addition, it is also possible for the connecting
Sind mehrere Verbindungselemente 24, insbesondere zwei Verbindungselemente 24, für die Befestigungsanordnung 10 vorgesehen, sind auch Ausführungsbeispiele wie in
In der zwölften Ausführungsform der
In der dreizehnten Ausführungsform der
In einer Variation der dreizehnten Ausführungsform der Befestigungsanordnung 10 kann anstatt zweier Verbindungselemente 24 auch alternativ ein einstückig ausgeführtes Verbindungselement 24 zum Einsatz kommen, welches im Wesentlichen eine Y-Form aufweist, so dass deren Fuß radial nach außen zeigt und der Gabelungsbereich radial innen am Blechpaket 12 angeordnet ist. Das Innere des Gabelungsbereiches des Y-förmigen Verbindungselementes 24 bildet zusammen mit dem Blechpaket 12 dann wieder den Hohlraum 40. Solche Formen lassen sich beispielsweise auch einfach als Gussbauteil, insbesondere durch ein Spritzgussverfahren, herstellen.In a variation of the thirteenth embodiment of the
Alternativ sind in der zwölften und dreizehnten Ausführungsform beispielsweise auch mehrere Zu- oder Abflüsse möglich um eine Beflutung des Hohlraums 40 als Kühlkanal zu verbessern. Auch wäre es möglich, dass der Hohlraum 40 das Blechpaket 12 in Umfangsrichtung nicht vollständig umschließt oder im Hohlraum 40 mehrere Blockaden in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich so mehrere, insbesondere zumindest teilweise getrennte, Kühlkanäle ausbilden, welche dann auch über eigene Zu- und Abflüsse verfügen.Alternatively, in the twelfth and thirteenth embodiments, for example, several inflows or outflows are also possible in order to improve the flooding of the
In einer weiteren nicht dargestellten alternativen Ausführungsform ist das Verbindungselement 24 derart ausgeführt, dass es in axialer Richtung von außen auf das Blechpaket 12 aufgeschoben werden kann. Hierzu kann dann die Auflagefläche des Verbindungselemente 24 auf dem Blechpaket 12 in Umfangsrichtung nicht durchgängig sein, sondern muss so gezahnt sein, dass diese Zähne in Umfangsrichtung zwischen den Wicklungen 18, 20 eingreift und damit das Blechpaket 12 über das Verbindungselemente 24 befestigen kann.In a further alternative embodiment not shown, the connecting
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- BefestigungsanordnungMounting arrangement
- 1212
- BlechpaketSheet metal package
- 1414
- Statorstator
- 1616
- GehäuseHousing
- 1818
- WicklungWinding
- 2020
- WicklungWinding
- 2222
- DoppelpfeilDouble arrow
- 2323
- MaschinendrehachseMachine rotation axis
- 2424
- VerbindungselementConnecting element
- 2626
- innenumfangsseitige Mantelflächeinner circumferential surface
- 2828
- außenumfangsseitige Mantelflächeouter peripheral surface
- 3030
- AusnehmungenRecesses
- 3232
- ZahnTooth
- 3434
- ZahnlückeTooth gap
- 3535
- VerbindungselementConnecting element
- 3636
- innenumfangsseitige Mantelflächeinner circumferential surface
- 3838
- außenumfangsseitige Mantelflächeouter peripheral surface
- 4040
- Hohlraumcavity
- LL
- LängenbereichLength range
- S1S1
- axiale Stirnseiteaxial face
- S2S2
- axiale Stirnseiteaxial face
- W1W1
- WicklungsbereichWinding range
- W2W2
- WicklungsbereichWinding range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102021124998 A1 [0002]DE 102021124998 A1 [0002]
- EP 3245718 A1 [0002]EP 3245718 A1 [0002]
- US 20170117763 A1 [0002]US 20170117763 A1 [0002]
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---|---|
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-
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- 2022-12-19 DE DE102022004793.4A patent/DE102022004793A1/en active Pending
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Legal Events
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---|---|---|---|
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R016 | Response to examination communication |