DE102022119268A1

DE102022119268A1 - Elektromotor für eine aufladevorrichtung und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102022119268A1
Application number: DE102022119268.7A
Authority: DE
Inventors: Kai HOMANN; Thomas Glass
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2023-02-16
Also published as: US20230050563A1; CN115706499A; CN218416152U

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Statoranordnung (1) für einen Elektromotor (100) mit innenliegendem Rotor (110). Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor für eine Aufladevorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle, mit einer derartigen Statoranordnung. Die Statoranordnung umfasst einen äußeren Statorkern (10) mit elektrischen Wicklungen (28), und einen separaten inneren Statorkern (30), der innerhalb des äußeren Statorkerns (10) angeordnet und zur Aufnahme des Rotors (110) ausgelegt ist. Der äußere Statorkern (10) definiert einen ersten Innendurchmesser (16), der derart dimensioniert ist, dass eine Lagereinheit (134) des Elektromotors (100) durch den äußeren Statorkern (10) hindurchführbar ist. Ein Außendurchmesser (32) des inneren Statorkerns (30) entspricht im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser (16), wobei der innere Statorkern (30) ausgelegt ist, im Betrieb einen magnetischen Flusspfad in radialer Richtung (24) zu verlängern. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Elektromotors.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Statoranordnung für einen Elektromotor einer Aufladevorrichtung, sowie den Elektromotor und die Aufladevorrichtung selbst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Elektromotor.
Hintergrund
Immer mehr Fahrzeuge der neueren Generation werden mit Aufladevorrichtungen ausgestattet, um die Anforderungsziele und gesetzlichen Auflagen zu erreichen. Bei der Entwicklung von Aufladevorrichtung gilt es sowohl die einzelnen Komponenten als auch das System als Ganzes bezüglich ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz zu optimieren.
Bekannte Aufladevorrichtungen weisen meist zumindest einen Verdichter mit einem Verdichterrad auf, das mit einer Antriebseinheit über eine gemeinsame Welle verbunden ist. Der Verdichter verdichtet die für den Verbrennungsmotor oder für die Brennstoffzelle angesaugte Frischluft. Dadurch wird die Luft- bzw. Sauerstoffmenge, die der Motor zur Verbrennung bzw. die Brennstoffzelle zur Reaktion zur Verfügung hat, erhöht. Dies führt wiederum zu einer Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors bzw. der Brennstoffzelle. Aufladevorrichtungen können mit unterschiedlichen Antriebseinheiten ausgestattet sein. Im Stand der der Technik sind insbesondere E-Lader, bei denen der Verdichter über einen Elektromotor angetrieben wird und Turbolader, bei denen der Verdichter über eine Turbine angetrieben wird, bekannt. Auch Kombinationen beider Systeme werden im Stand der Technik beispielsweise als elektrisch unterstützter Turbolader oder eTurbo beschrieben. Des Weiteren sind mehrstufige Systeme bekannt, bei denen Aufladevorrichtungen verschiedener oder gleicher Ausgestaltung in Reihe oder parallelgeschaltet werden.
Insbesondere elektrisch unterstützten Turbolader sowie E-Lader drehen bei sehr hohen Drehzahlen von bis zu 60.000 bis 250.000 U/min. Das rotierende elektromagnetisch aktive Element des Elektromotors ist dabei auf einer gemeinsamen Welle mit dem Verdichterrad, und im Fall eines elektrisch unterstützten Turboladers, auf einer gemeinsamen Welle mit dem Verdichterrad und dem Turbinenrad, befestigt, und wird im Verbund als Rotor bezeichnet. Das Verdichterrad ist dabei an einem ersten Ende der Welle in einem Verdichterraum eines Verdichtergehäuses angeordnet und der Mittelteil der Welle bzw. des Rotors mit dem elektromagnetisch aktiven Material ist in einem Lagergehäuse bzw. einem Motorengehäuse angeordnet. Im Fall eines elektrisch unterstützten Turboladers, ist das am zum Verdichterrad gegenüberliegenden Ende der Welle angeordnete Turbinenrad in einem Turbinenraum eines Turbinengehäuses angeordnet. Zur sicheren Lagerung der Welle wird üblicherweise eine Lageranordnung im Motorengehäuse mit zwei Radial-Lagern (auch Lagereinheiten genannt) und einem beidseitigen Axiallager verwendet. Die Radial-Lager sind jeweils auf axial gegenüberliegenden Seiten des Rotors bzw. des elektromagnetisch aktiven Elements im Motorengehäuse angeordnet. Radial außerhalb des Rotors bzw. des elektromagnetisch aktiven Elements ist der Stator des Elektromotors im Motorengehäuse befestigt. Um Schmiermittel oder andere Fluide vom schnell drehenden Rotor fernzuhalten und um somit eine dynamische Unwucht und/oder Anstreifer des Rotors und dadurch Schäden im Betrieb zu vermeiden, ist es bekannt, einen radial inneren Bereich der Wicklungsnuten des Stators für den Schmiermittelabtransport von der schnell drehenden Rotorwelle freizuhalten. Nachteilig an bekannten Elektromotoren für Aufladevorrichtung ist eine komplexe und aufwändige Fertigung des Elektromotors und seiner Bauteile aufgrund des begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraums, sowie damit einhergehende Effizienzverluste und hohe Kosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Elektromotor für Aufladevorrichtungen bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Statoranordnung für einen Elektromotor, sowie einen Elektromotor mit einer entsprechenden Statoranordnung und eine Aufladevorrichtung mit einem entsprechenden Elektromotor. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors für eine Aufladevorrichtung.
Die Statoranordnung für einen Elektromotor mit innenliegendem Rotor umfasset einen äußeren Statorkern und einen separaten inneren Statorkern. Der äußere Statorkern umfasst elektrischen Wicklungen bzw. ist mit elektrischen Wicklungen bewickelt. Der innere Statorkern ist innerhalb des äußeren Statorkerns angeordnet und zur Aufnahme des Rotors ausgelegt. Der äußere Statorkern definiert einen ersten Innendurchmesser. Der erste Innendurchmesser ist derart dimensioniert, dass eine Lagereinheit des Elektromotors durch den äußeren Statorkern hindurchführbar ist. Ein Außendurchmesser des inneren Statorkerns entspricht im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser. Der innere Statorkern ist ausgelegt, im Betrieb einen magnetischen Flusspfad in radialer Richtung zu verlängern. Durch die geteilte Statoranordnung in einen inneren und äußeren Statorkern, ergeben sich während der Montage der Statoranordnung bzw. während des Einbaus in ein Gehäuse eines Elektromotors bzw. einer Aufladevorrichtung montagetechnische Vorteile durch den zwischenzeitig größeren zur Verfügung stehenden Innendurchmesser, insbesondere ersten Innendurchmesser, im Vergleich zu einer einteiligen Statoranordnung, bei der die Statorzähne weiter radial nach innen ragen, um den Rotor bzw. das elektromagnetisch aktive Material aufzunehmen bzw. zu führen. Durch die spezifische Wahl des ersten Innendurchmessers größer als ein maximaler Außendurchmesser der Lagereinheit kann der Wuchtausschuss bei einer Nachjustierung des Lagers reduziert werden, da die Lagereinheit, im Falle eines Mangels wie beispielsweise einer Unwucht, einfach durch den äußeren Statorkern wieder aus dem (Elektromotoren-) Gehäuse herausgenommen und ausgetauscht oder nachjustiert werden kann. Im Vergleich hierzu, lässt sich bei einer einteiligen Statoranordnung, dessen Innendurchmesser üblicherweise kleiner ist als der Außendurchmesser der Lagereinheit, ein zerstörungsfreies Entnehmen der Statorteile nach dem Einkleben, insbesondere nach dem Wuchten, nicht umsetzen. Bei der erfindungsgemäßen Statoranordnung kann in einfacher, aber effektiver Weise, der innere Statorkern bzw. die innere Statorgruppe entnommen und dann die zu ersetzende oder nachzujustierende Lagereinheit durch den ersten Innendurchmesser des äußeren Statorkerns entnommen werden, ohne den äußeren Statorkern aus dem Gehäuse entfernen zu müssen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Statoranordnung ist das Ermöglichen eines direkten Vergießens des äußeren Statorkerns im (Motoren-)Gehäuse, ohne das bzw. die Lager (-einheiten) zu verunreinigen, da die Lagereinheiten erst nach dem Vergießen des äußeren Statorkerns in das Gehäuse eingesetzt werden können. Somit kann durch die vorliegende Statoranordnung eine einfachere und kostengünstigere Montage eines Elektromotors bzw. Einbau in ein Elektromotorengehäuse als mit einer einteiligen Statoranordnung erzielt werden. Durch die Möglichkeit des direkten Vergießens im Gehäuse können zudem die Wärmeleitungseigenschaften bzw. die Kühlung optimiert werden, beispielsweise durch die Vermeidung oder Reduzierung von Lufteinschlüssen zwischen dem Gehäuse und der Statoranordnung bzw. dem gewickelten äußeren Statorkern. Die Aufteilung in einen äußeren Statorkern mit den für den Elektromotor erforderlichen Wicklungen und einen inneren Statorkern, ermöglicht zudem die Bereitstellung eines generischen äußeren Statorkerns bzw. einer generischen äußeren Statorgruppe. Unter einer äußeren Statorgruppe ist ein mit elektrischen Wicklungen gewickelter und vergossener äußerer Statorkern zu verstehen. Ein derartiger generischer äußerer Statorkern bzw. generische äußere Statorgruppe kann für verschiedene Anwendungsbereiche (z.B. verschiedene Drehzahlen) verwendet werden, da eine unterschiedliche Rotorgröße durch eine einfache Anpassung des inneren Statorkerns kompensiert werden kann, wobei der äußere Statorkern bzw. Statorgruppe seine Dimensionen beibehalten kann. Hierdurch können Fertigungs- und Kostenvorteile sowie Reduzierung der Fertigungszeit durch hohe Stückzahlen erzielt werden.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung kann der äußere Statorkern einen radial äußeren Statorring und eine Mehrzahl an Statorzähnen umfassen. Die Mehrzahl an Statorzähnen kann in Umfangsrichtung verteilt von dem Statorring radial nach innen ragen. Bevorzugt können die Statorzähne in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. Die Statorzähne, insbesondere deren radial innere Enden, definieren dabei den ersten Innendurchmesser. Insbesondere können die Statorzähne einstückig mit dem Statorring verbunden sein. Bevorzugt können die Statorzähne einstückig mit dem Statorring ausgestanzt und, optional, als Statorblechpaket zusammengebaut sein. Alternativ oder zusätzlich kann der äußere Statorkern eine Mehrzahl an Nuten umfassen. Die Nuten können jeweils zwischen benachbarten Statorzähnen gebildet sein. Insbesondere können die Nuten nach radial innen öffnend angeordnet sein bzw. radial innen zwischen benachbarten Statorzähnen ausgebildet sein. Die elektrischen Wicklungen können in den Nuten angeordnet sein. In besonders bevorzugten Ausführungen können die elektrischen Wicklungen, insbesondere mit Ausnahme der Wickelköpfe, nur bzw. ausschließlich in den Nuten des äußeren Statorkerns angeordnet sein. Mit anderen Worten ausgedrückt, können die Wicklungen nur bzw. ausschließlich an bzw. in dem äußeren Statorkern angeordnet sein. Alternativ ausgedrückt, können die Wicklungen nicht in dem inneren Statorkern angeordnet sein. Die Wickelköpfe können beidseitig axial aus den Nuten hervorragen. Durch die Statoranordnung mit geteilten Statorkernen ergibt sich der Vorteil, dass die Nuten in dem äußerem Statorkern mit größeren Nutöffnungen, insbesondere mit größerer Öffnungsbreite in Umfangsrichtung, ausgebildet werden können. Durch die größeren Nuten bzw. durch die flexiblere Gestaltungsfreiheit der Nuten in dem äußeren Statorkern, kann eine vereinfachte Wicklung erreicht werden, da die elektrischen Wicklungen einfacher durch die breiten Nuten durchgeführt werden können als durch schmale Nuten, wie dies bei herkömmlichen einteiligen Statoranordnungen üblicherweise der Fall ist. Dies ist dadurch möglich, dass der innere Statorkern, die für die Reduzierung der Pulsationsverluste des Magnetfelds, insbesondere des Rotors, günstigen schmalen Nutöffnungen radial innerhalb des äußeren Statorkerns bereitstellen kann.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung kann der äußere Statorkern zusammen mit den elektrischen Wicklungen zu einer äußeren Statorgruppe vergossen sein. Insbesondere kann der der äußere Statorkern zusammen mit den elektrischen Wicklungen zu einer äußeren Statorgruppe in einem Vakuumverguß vergossen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die äußere Statorgruppe ein Vergussmaterial, beispielsweise Epoxidharz, umfassen, das optional mit wärmeleitungsfördernden Füllstoffen versehen ist. Durch die erfindungsgemäße geteilte Statoranordnung kann das Vergießen des gesamten äußeren Statorkerns mit den Wicklungen ohne etwaige komplexe Rückhalte-Vorrichtungen für die elektrischen Wicklungen erfolgen, die beispielsweise bei einer herkömmlichen einteiligen Statoranordnung erforderlich sind, um die elektrischen Wicklungen im radial äußeren Bereich der Nuten zu halten, damit zum Abfluss von Schmiermittel erforderliche Schmiermittelkanäle im radial inneren Bereich der Nuten ausgebildet bleiben. Insbesondere wird kein zusätzliches Material benötigt, das in die Nuten eingeschoben werden muss, um die Deckschieber zu unterstützen. Außerdem können die Deckschieber dünner ausgestaltet werden als bei herkömmlichen Systemen, da die wickelrelevante Nutöffnung, also die Nutöffnung der Nuten in dem äußeren Statorkern, im Wesentlichen unabhängig von Verlusten, beispielsweise Pulsationsverlusten, für den Deckschieberhalt und das Bewickeln optimiert werden kann. Dies wird durch den separaten inneren Statorkern ermöglicht, der wiederum für die Verringerung von etwaigen Verlusten, insbesondere Pulsationsverlusten, (unabhängig von Wicklungs- oder Deckschieberrestriktionen) optimiert werden kann. Insgesamt kann ein schnelleres und kostengünstigeres Vergießen mit einfacheren Vergusswerkzeugen, insbesondere bei einer eTurbo Anordnung erreicht werden.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar ist kann der innere Statorkern eine Mehrzahl an Statorzahnverlängerungen umfassen. Die Statorzahnverlängerungen können in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein und sich von dem Außendurchmesser zu einem zweiten Innendurchmesser erstrecken. Bevorzugterweise kann der zweite Innendurchmesser kleiner als ein Außendurchmesser der Lagereinheit des Elektromotors sein. In Ausgestaltungen können die Statorzahnverlängerungen in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. In Ausgestaltungen kann der zweite Innendurchmesser ausgelegt sein, den Rotor des Elektromotors aufzunehmen bzw. zu führen. Insbesondere kann der zweite Innendurchmesser ausgelegt sein, den Rotor des, insbesondere schnell drehenden, Elektromotors mit einem kleinen Spalt (in Relation zu anderen Elektromotorenanwendungen als bei Aufladevorrichtungen, insbesondere langsamer drehenden Elektromotoren, größerer Spalt) beabstandet zu führen. Bevorzugterweise kann die Anzahl der Statorzahnverlängerungen der Anzahl der Statorzähne entsprechen.
In Ausgestaltungen, die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Statorzahnverlängerungen Schmiermittelkanäle mit radial innenliegenden Kanalöffnungen ausgebildet sein. Durch den separaten inneren Statorkern, in dem keine Wicklungen angeordnet sind, können die Nutöffnung bzw. die Kanalöffnungen in dem inneren Statorkern kleiner ausgestaltet werden, da hier keine elektrischen Wicklungen eingefügt werden müssen. Hierdurch können Pulsationsverluste des Magnetfelds, insbesondere im Rotor reduziert werden. In Ausgestaltungen können die Schmiermittelkanäle über eine gesamte axiale Länge der Statorzahnverlängerungen verlaufen. Die Schmiermittelkanäle können als Drainage dienen, um Schmiermittel oder andere Fluide vom schnell drehenden Rotor fernzuhalten und um somit Schäden im Betrieb zu vermeiden. Hierdurch kann das Risiko, dass Fluide im Spalt zwischen dem Rotor und dem inneren Statorkern bei hohen Drehzahlen zu einer Unwucht und/oder Anstreifern und dadurch zu einem Ausfall führen können, vermieden oder zumindest verringert werden. Die Platzierung der Schmiermittelkanäle in dem separaten inneren Statorkern ermöglicht eine einfachere Herstellung der Schmiermittelkanäle im Vergleich zu einem einteiligen Statorkern, bei dem die Schmiermittelkanäle beim Vergießen durch aufwändige Rückhalte-Werkzeuge freigehalten werden müssten. Weiterhin kann die sonst notwendige Nacharbeit und Reinigung unterbleiben oder zumindest reduziert werden, um Flitter und andere Verunreinigungen zu entfernen.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung, die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann die Statoranordnung weiterhin einen mit dem inneren Statorkern verbundenen Haltering umfassen. Der Haltering kann angeordnet und konfiguriert sein, die Statorzahnverlängerungen in Umfangsrichtung verteilt zu halten. Insbesondere kann der Haltering die Statorzahnverlängerungen dabei in einem radial äußeren Bereich halten. Insbesondere kann der Haltering derart konfiguriert sein, dass Schmiermittelkanäle zwischen einem radial inneren Bereich des Halterings und jeweils benachbarten Statorzahnverlängerungen gebildet werden. Durch den Haltering kann eine Vereinfachung der Platzierung und Positionierung des inneren Statorkerns im äußeren Statorkern erzielt werden. Insbesondere kann eine Vereinfachung der Platzierung und Positionierung der Statorzahnverlängerungen erzielt werden. In Ausgestaltungen kann der Haltering aus einem nicht-ferritischen Material und/oder nicht elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein. Insbesondere kann der Haltering aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der innere Statorkern mit einem nicht-ferritischen Material und/oder nicht elektrisch leitfähigen Material, insbesondere mit einem Kunststoffmaterial, umspritzt sein, um den Haltering zu bilden. Besonders bevorzugt ist das Material des Halterings ein nicht elektrisch leitfähiges Material, um Wirbelströme zu vermeiden bzw. zu reduzieren. In Ausführungen kann das Material des Halterings beispielsweise Polytrimethylenterephthalat (PPT) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) umfassen oder aus diesen hergestellt sein. Zusätzlich kann das Material des Halterings Füllstoffe umfassen, beispielsweise einen Glasfaseranteil. Alternativ kann das Material des Halterings beispielsweise ein Harzmaterial umfassen oder aus diesem hergestellt sein. Durch den Haltering können Lücken zwischen den Statorzahnverlängerungen in einem radial äußeren Bereich mit dem Material des Halterings gefüllt werden und bieten sicheren Halt der Statorzahnverlängerungen. Zudem kann eine dichte Begrenzung der Schmiermittelkanäle erzielt werden.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung, die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der innere Statorkern aus einem Blechpaket, insbesondere aus einem Eisenblechpaket, gefertigt sein. Zusätzlich können radial innere Enden der Statorzahnverlängerungen zumindest eines Bleches des Blechpaktes in Umfangsrichtung durch Haltestege verbunden sein. Durch die Haltestege kann eine Orientierung der Statorzahnverlängerungen zwischen dem Außendurchmesser und dem zweiten Innendurchmesser gewährleistet werden. Weiterhin kann durch die Haltestege eine vereinfachte Herstellung der inneren Statorgruppe, insbesondere ein vereinfachter Zusammenbau bzw. Fügen des inneren Statorkerns mit dem Haltering erzielt werden.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung, die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann an radial inneren Enden der Statorzähne jeweils ein Polschuh zur Rückhaltung der elektrischen Wicklungen in den Nuten ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Polschuhe konfiguriert sein einen jeweiligen Deckschieber zum Rückhalten der elektrischen Wicklungen in den Nuten aufzunehmen. Durch die Polschuhe kann eine verbesserte Sicherung der elektrischen Wicklungen im radial äußeren Bereich der Nuten ermöglicht werden im Vergleich zu einem einteiligen Statorkern, der keine Polschuhe zwischen radial äußerem und radial innerem Bereich der Nuten aufweist. Die Polschuhe erfüllen nicht nur eine mechanische Funktion für einen etwaigen Deckschieber - durch die Polschuhe kann auch eine größere Querschnittsfläche, insbesondere in Umfangsrichtung gesehen, um die magnetische Impedanz eines Fügespaltes zwischen den Statorblechen zu reduzieren.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung, die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann an radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen jeweils ein innerer Polschuh ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann an radial äußeren Enden der Statorzahnverlängerungen jeweils ein äußerer Polschuh ausgebildet sein. Durch separate radial innere Polschuhe an dem separatem inneren Statorkern, kann ein Abstand zwischen benachbarten Polschuhen in Umfangsrichtung kleiner gewählt werden, als bei Polschuhen eines einteiligen Statorkerns, bei dem Wicklungen durch Schlitze zwischen den Polschuhen durchgeführt werden müssen. Hierdurch kann eine Optimierung der magnetischen Eigenschaften des Stators bzw. des Elektromotors durch reduzierte Pulsationsverluste des Magnetfelds erzielt werden. Insbesondere können hierdurch speziell die Rotorverluste und damit die Rotortemperatur reduziert werden.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung, die mit irgendeiner der beiden vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können die Polschuhe der Statorzähne eine größere Breite in Umfangsrichtung aufweisen als die äußeren Polschuhe der Statorzahnverlängerungen. Hierdurch kann eine Verbesserung des magnetischen Flusspfads auch bei nicht exakt rotatorisch ausgerichtetem inneren Statorkern bezüglich des äußeren Statorkerns erreicht werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann hierdurch ein Toleranzausgleich erzielt werden.
In Ausgestaltungen der Statoranordnung, die irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der äußere Statorkern aus laminierten Schichten aus einem ferritischen Material, insbesondere einem Eisenmaterial zusammengebaut sein. Alternativ oder zusätzlich kann der innere Statorkern aus laminierten Schichten aus einem ferritischen Material, insbesondere einem Eisenmaterial zusammengebaut sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Elektromotor für eine Aufladevorrichtung oder für eine Antriebseinheit. Der Elektromotor umfasst die Statoranordnung nach irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen, sowie ein Gehäuse und einen Gehäusedeckel. Weiterhin umfasst der Elektromotor einen Rotor mit einer Welle und einem auf der Welle befestigten elektromagnetisch aktivem Element. Der Elektromotor umfasst eine erste Lagereinheit, die in einer Lagerbohrung des Gehäusedeckels auf einer Seite des Rotors aufgenommen ist. Weiterhin umfasst der Elektromotor eine zweite Lagereinheit, die in einer Lagerbohrung des Gehäuses auf einer gegenüberliegenden Seite des Rotors aufgenommen ist. Dadurch, dass der erste Innendurchmesser des äußeren Statorkerns derart dimensioniert ist, dass die zweite Lagereinheit durch diesen hindurchgeführt werden kann, kann der Wuchtausschuss bei einer Nachjustierung des Lagers reduziert werden, da die zweite Lagereinheit, im Falle eines Mangels wie beispielsweise einer Unwucht, einfach durch den äußeren Statorkern wieder aus dem Gehäuse herausgenommen und ausgetauscht oder nachjustiert werden kann. Insbesondere ist der erste Innendurchmesser zumindest gleich groß oder größer als ein Außendurchmesser der zweiten Lagereinheit, so dass die zweite Lagereinheit durch den äußeren Statorkern hindurchgeführt werden kann. Im Vergleich hierzu, lässt sich bei einer einteiligen Statoranordnung, dessen Innendurchmesser üblicherweise kleiner ist als der Außendurchmesser der Lagereinheit, ein zerstörungsfreies Entnehmen der Statorteile nach dem Einkleben, insbesondere nach dem Wuchten, nicht umsetzen. Bei der erfindungsgemäßen Statoranordnung kann in einfacher, aber effektiver Weise, der innere Statorkern bzw. die innere Statorgruppe entnommen und dann die zu ersetzende oder nachzujustierende Lagereinheit durch den ersten Innendurchmesser des äußeren Statorkerns entnommen werden, ohne den äußeren Statorkern aus dem Gehäuse entfernen zu müssen. Durch den erfindungsgemäßen Elektromotor kann insgesamt also eine einfachere Montage und ein zerstörungsfreies Nachwuchten der zweiten Lagereinheit ermöglicht werden. Weiterhin wird ein Nacharbeiten, insbesondere ein Tauschen des Lagers, ermöglicht, wenn die Wuchtung des Wellenverbands fehlschlägt.
In Ausgestaltungen des Elektromotors kann die Lagerbohrung der zweiten Lagereinheit von einer ringförmigen Wand des Gehäuses umgeben sein. Der äußere Statorkern kann radial außerhalb der ringförmigen Wand im Gehäuse angeordnet sein. Insbesondere kann die ringförmige Wand als Lagersitz für die zweite Lagereinheit dienen. Durch die geteilte Ausbildung des Statorkerns lässt sich der äußere Statorkern vor der Montage der zweiten Lagereinheit in das Gehäuse einsetzen und befestigen. Radial außerhalb der ringförmigen Wand kann eine ringförmige Vertiefung ausgebildet sein, die die ringförmige Wand umgibt. Der äußeren Statorkern, insbesondere die Wickelköpfe der elektrischen Wicklungen können in die ringförmige Vertiefung eingesetzt sein. Alternativ ausgedrückt ragt der Lagersitz axial in die Wickelköpfe. Hierdurch kann axialer Bauraum gespart werden. Grundsätzlich kann durch die ringförmige Wand eine strukturelle Begrenzung zwischen dem vergossenen äußeren Statorkern und der zweiten Lagereinheit bereitgestellt werden. Dies vereinfacht das vom äußeren Statorkern unabhängig herausnehmbare Einsetzen der zweiten Lagereinheit ins Gehäuse. In Ausgestaltungen kann der erste Innendurchmesser zumindest gleich groß oder größer als ein Außendurchmesser der ringförmigen Wand sein. Eine Stirnfläche der ringförmigen Wand kann als Auflagefläche für Vergussdorn bei einem internen Vergießen des äußeren Statorkerns im Gehäuse verwendet werden.
In Ausgestaltungen des Elektromotors, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der äußere Statorkern im Gehäuse vergossen sein. Insbesondere kann dabei der äußere Statorkern zusammen mit den elektrischen Wicklungen zu einer äußeren Statorgruppe im Gehäuse vergossen sein. Durch den intern bzw. direkt im Gehäuse vergossenen bzw. eingegossenen äußeren Statorkern kann eine erheblich verbesserte Wärmeableitung erzielt werden. Dies ist dadurch möglich, dass Luftkavitäten vermieden werden können bzw. da im Wesentlichen lückenlos zwischen Gehäuse und Eisenkern bzw. Wicklung vergossen werden kann. Durch das direkte Vergießen im Gehäuse können Kleber reduziert bzw. komplett vermieden werden. Weiterhin kann eine bessere Anbindung der Wickelköpfe erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Aufladevorrichtung für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle. Die Aufladevorrichtung umfasst einen Verdichter mit einem Verdichterrad, das drehbar in einem Verdichtergehäuse angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Aufladevorrichtung einen Elektromotor nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungen, wobei das Verdichterrad drehfest mit der Welle an einem ersten Wellenende verbunden ist.
In Ausgestaltungen kann die Aufladevorrichtung weiterhin eine Turbine mit einem Turbinenrad umfassen. Das Turbinenrad kann drehbar in einem Turbinengehäuse angeordnet und drehfest mit der Welle an einem zweiten dem ersten Wellenende axial gegenüberliegenden Wellenende verbunden sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors für eine Aufladevorrichtung oder für eine Antriebseinheit. Dabei wird Gehäuses mit einer zentralen Gehäuseöffnung bereitgestellt. Weiterhin wird ein gewickelter äußeren Statorkern mit einem ersten Innendurchmesser ein innerer Statorkern bereitgestellt. Der gewickelte äußere Statorkern wird durch die zentrale Gehäuseöffnung in das Gehäuse eingebracht. Der inneren Statorkern wird durch die zentrale Gehäuseöffnung in das Gehäuse eingebracht. Dann wird ein Rotor in das Gehäuse eingebracht und die zentrale Gehäuseöffnung mit einem Gehäusedeckel, in dem eine erste Lagereinheit angeordnet ist, geschlossen. Nach dem Schritt des Einbringens des gewickelten äußeren Statorkerns und vor dem Schritt des Einbringens des inneren Statorkerns, wird eine zweite Lagereinheit durch die zentrale Gehäuseöffnung und durch den gewickelten äußeren Statorkern hindurchgeführt. Die zweite Lagereinheit wird in einer Lagerbohrung angeordnet, die von einer ringförmigen Wand des Gehäuses gebildet wird.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, kann der äußere Statorkern bereitgestellt wird durch Stanzen eines äußeren Statorrings mit radial nach innen ragenden Statorzähnen aus Eisenblechen. Dann Stapeln der gestanzten Eisenbleche zu einem Eisenblechpaket und Anbringen von axialen Deckblechen. Insbesondere können die Deckbleche aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, die mit der vorangehenden Ausgestaltung kombinierbar sind, kann der gewickelte äußere Statorkern bereitgestellt wird durch Einlegen von Nutenisolationen in Nuten des äußeren Statorkerns. Dann können elektrische Wicklunge in die Nuten eingebracht werden. Dann können Deckschieber in die Nuten zwischen benachbarte Polschuhe des äußeren Statorkerns eingebracht werden.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der gewickelte äußere Statorkern vor dem Einbringen in das Gehäuse in einer externen Form vergossen werden. Danach kann der gewickelte und extern vergossene äußere Statorkern in dem Gehäuse befestigt werden. Insbesondere kann der gewickelte und extern vergossene äußere Statorkern in das Gehäuse eingeklebt werden. Durch die geteilte Statoranordnung bzw. den geteilten Statorkern (in inneren und äußeren Statorkern), bei der die Wicklungen nur in dem äußeren Statorkern angeordnet sind, wird nur der äußere Statorkern vergossen. Insbesondere, da in dem äußeren Statorkern keine Schmiermittelnuten vorgehalten werden müssen, kann eine einfach aufgebaute, beispielsweise eine zylindrische Vergussform verwendet werden. Auch beim externen Vergießen, ergeben sich die Vorteile der Reduzierung eines Wuchtauschusses, da die zweite Lagereinheit im Falle einer Nachjustierung durch den äußeren Statorkern bzw. die äußere Statorgruppe hindurch aus dem Gehäuse entnommen werden kann. Die externe Form kann einen Innenzylinder und einen äußeren Hohlzylinder umfassen. Ein Außendurchmesser des Innenzylinders kann im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser entsprechen. Ein Innendurchmesser des äußeren Hohlzylinders kann im Wesentlichen einem Außendurchmesser des gewickelten äußeren Statorkerns entsprechen.
Alternativ zum externen Vergießen, kann der gewickelte äußere Statorkern intern im Gehäuse vergossen werden. Dabei kann der gewickelte äußere Statorkern beim Einbringen in einer ringförmigen Vertiefung des Gehäuses platziert werden, die die ringförmige Wand radial nach außen umgibt. In dieser Platzierung kann der gewickelte äußere Statorkern dann im Gehäuse vergossen werden. Durch den intern bzw. direkt im Gehäuse vergossenen bzw. eingegossenen äußeren Statorkern kann eine erheblich verbesserte Wärmeableitung erzielt werden. Dies ist dadurch möglich, dass Luftkavitäten vermieden werden können bzw. da im Wesentlichen lückenlos zwischen Gehäuse und Eisenkern bzw. Wicklung vergossen werden kann. Durch das direkte Vergießen im Gehäuse können Kleber reduziert bzw. komplett vermieden werden.
Weiterhin kann eine bessere Anbindung der Wickelköpfe erreicht werden. In Ausgestaltungen des internen Vergießens, kann nach dem Platzieren gewickelten äußeren Statorkerns und vor dem Vergießen, ein zylindrischer Gussdorn an eine Stirnfläche der ringförmigen Wand angelegt werden. Ein Außendurchmesser des zylindrischen Gussdorns kann im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann das Gehäuse für das Vergießen mit der zentralen Gehäuseöffnung im Wesentlichen entgegen der Schwerkraft orientiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Vergießen unter Vakuum durchgeführt werden.
In Ausgestaltungen des internen Vergießens, kann der gewickelte äußere Statorkern durch Einbringen von Vergussmaterial in das Gehäuse durch die zentrale Gehäuseöffnung vergossen werden. Insbesondere kann dabei Vergussmasse in das Gehäuse eingeführt werden, bis eine vorbestimmte Füllmenge eingefüllt wurde.
Alternativ hierzu, kann der gewickelte äußere Statorkern durch Einbringen von Vergussmaterial in das Gehäuse durch eine von der zentralen Gehäuseöffnung separate Öffnung vergossen werden. Die separate Öffnung kann auf einer bezüglich der zentralen Gehäuseöffnung axial gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet sein. Alternativ kann die separate Öffnung seitlich der zentralen Gehäuseöffnung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die separate Öffnung insbesondere eine Bohrung sein. Alternativ oder zusätzlich kann die separate Öffnung so angeordnet sein, dass das Gehäuse von einer zur zentralen Gehäuseöffnung axial entfernten Seite zur zentralen Gehäuseöffnung hin befüllt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Vergussmaterial so lange durch die separate Öffnung in das Gehäuses eingebracht werden, bis ein vorbestimmter Gegendruck erreicht wird. Insbesondere kann das Vergussmaterial durch eine Dosiernadel eingefüllt werden, wobei beispielsweise ein Gegendruck an der Dosiernadel gemessen werden kann. Die Befüllung mit Gegendruck hat Vorteile bezüglich Toleranzen. Insbesondere können schwankenden Füllmengen besser ausgeglichen und die Restluft im Gehäuse besser verdrängt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Material in einen Trichter gegenüber der separaten Öffnung unter Vakuum gepresst werden, um beim späteren Belüften etwaige Hohlräume zu füllen. Insbesondere kann Vergussmaterial in den Trichter aufsteigen und durch ein dem Einbringen sich anschließendes Belüften zurück in das Gehäuse gepresst werden. Der Trichter kann sich radial gegenüberliegenden, beispielsweise um im Wesentlichen 180° in Umfangsrichtung versetzt zu der separaten Öffnung befinden. Hierdurch kann ein optimales Umströmen des Gussdorns mit dem Vergussmaterial erreicht werden, bevor das Vergussmaterial in den Trichter aufsteigt.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann als Vergussmaterial Harz, insbesondere Epoxidharz verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Vergussmaterial mit wärmeleitfördernden Füllstoffen versehen sein. Insbesondere kann das Vergussmaterial mit elektrisch isolierenden und wärmeleitfördernden Füllstoffen versehen sein. Die Füllstoffe können keramische oder mineralische Füllstoffe, beispielsweise Aluminiumoxid umfassen.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, die mit irgendeiner der vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, kann der innere Statorkern bereitgestellt wird durch Stanzen einzelner Statorzahnverlängerungen aus Eisenblechen. Dann können die gestanzten Eisenbleche ringförmig angeordnet und zu einem Eisenblechpaket mit einem Außendurchmesser und einem zweiten Innendurchmesser gestapelt werden. Das Eisenblechpaket kann mit einem Kunststoffmaterial umspritzt werden, um einen Haltering zu formen. Das Eisenblechpaket kann dabei derart umspritzt werden, dass zwischen benachbarten Statorzahnverlängerungen in einem radial inneren Bereich Schmiermittelkanäle ausgebildet werden. Die Statorzahnverlängerungen können dabei derart angeordnet sein, dass Schmiermittelkanäle in radialer Richtung nach innen öffnenden Kanalöffnungen ausgebildet werden. Insbesondere kann der Außendurchmesser des inneren Statorkerns im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser des äußeren Statorrings entsprechen. Das Kunststoffmaterial kann bevorzugterweise ein nicht elektrisch leitfähiges Material sein, um Wirbelströme zu vermeiden bzw. zu reduzieren. In Ausführungen kann das Kunststoffmaterial des Halterings beispielsweise Polytrimethylenterephthalat (PPT) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) umfassen oder aus diesen hergestellt sein. Zusätzlich kann das Material des Halterings Füllstoffe umfassen, beispielsweise einen Glasfaseranteil. Alternativ kann der Haltering durch Gießen hergestellt sein. Beispielsweise kann das Material des Halterings ein Harzmaterial umfassen oder aus diesem hergestellt sein. Durch den Haltering können Lücken zwischen den Statorzahnverlängerungen in einem radial äußeren Bereich mit dem Material des Halterings gefüllt werden und bieten sicheren Halt der Statorzahnverlängerungen. Zudem kann eine dichte Begrenzung der Schmiermittelkanäle erzielt werden.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können die Statorzahnverlängerungen zwischen dem Außendurchmesser und dem zweiten Innendurchmesser aus den Eisenblechen gestanzt werden. Insbesondere können die Statorzahnverlängerungen aus dem Restmaterial der Bleche des äußeren Statorkerns gestanzt werden. Beispielsweise können die Statorzahnverlängerungen zumindest teilweise aus dem Blechbereich zwischen den Statorzähnen des äußeren Statorkerns gestanzt werden. Zusätzlich kann zumindest ein Eisenblech derart ausgestanzt werden, dass radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen in Umfangsrichtung durch Haltestege verbunden sind. Durch dieses optionale Merkmal kann eine vereinfachte Herstellung der inneren Statorgruppe, insbesondere ein vereinfachter Zusammenbau bzw. Fügen von innerem Statorkern und Haltering erreicht werden.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, die mit den vorangehenden Ausgestaltungen kombinierbar sind, können die Eisenbleche derart ausgestanzt werden, dass an radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen jeweils ein innerer Polschuh ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich können die Eisenbleche derart ausgestanzt werden, dass an radial äußeren Enden der Statorzahnverlängerungen jeweils ein äußerer Polschuh ausgebildet ist.
Figurenliste

1 zeigt eine Seitenschnittansicht der erfindungsgemäßen Statoranordnung mit äußerem Statorkern und konzentrisch darin angeordneten inneren Statorkern;
2 zeigt eine Seitenschnittansicht einer aus bekannten Statoranordnung mit radial innen ausgebildeten Schmiermittelkanälen;
3 zeigt eine isometrische Ansicht der innere Statorgruppe der Statoranordnung umfassend den inneren Statorkern und den Haltering;
4 Zeigt die Statoranordnung aus 1 montiert in einem Elektromotor einer beispielhaft als Turbolader konfigurierten Aufladevorrichtung in einer Seitenschnittansicht entlang der Längsachse der Welle;
5 zeigt Teilschritte der Herstellung des gewickelten äußeren Statorkerns des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Elektromotors;
6 stellt schematisch zwei alternative Verfahrensschritte des internen Vergießens des gewickelten äußeren Statorkerns zu einer äußeren Statorgruppe in dem Gehäuse bzw. eine extern vergossene äußere Statorgruppe dar;
7A und 7B zeigen zwei Varianten des internen Vergießens des gewickelten äußeren Statorkerns mit einem mengengesteuerten bzw. einem gegendruckgesteuerten Vergießen;
7C Zeigt eine dritte Variante des internen Vergießens des gewickelten äußeren Statorkerns;
7D Zeigt eine beispielhafte Variante des internen Vergießens des gewickelten äußeren Statorkerns unter Vakuum;
8 zeigt schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung der inneren Statorgruppe, dem Montieren der zweiten Lagereinheit und dem darauffolgenden Einbringen der inneren Statorgruppe bevor weitere Komponenten der Aufladevorrichtung wie in 4 zu sehen, montiert werden.

Ausführliche Beschreibung
Im Kontext dieser Anmeldung beziehen sich die Ausdrücke axial und axiale Richtung auf eine Rotationsachse der Rotors 110 bzw. auf eine Achse der Statoranordnung 1. Mit Bezug zu den Figuren (siehe bspw. 1, 3 oder 4) wird die axiale Richtung der Statoranordnung 1 bzw. des Rotors 110 mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt. Eine radiale Richtung 24 bezieht sich dabei auf die Achse/axiale Richtung 22 der Statoranordnung 1 bzw. des Rotors 110. Ebenso bezieht sich ein Umfang bzw. eine Umfangsrichtung 26 dabei auf die Achse/axiale Richtung 22 der Statoranordnung 1 bzw. des Rotors 110.
In 1 ist eine beispielhafte Statoranordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Seitenschnittansicht. Die Statoranordnung 1 ist für einen Elektromotor 100 mit innenliegendem Rotor 110 ausgelegt. Bevorzugterweise ist Statoranordnung 1 für Elektromotoren 100 von Aufladevorrichtungen 200 ausgelegt (bezüglich Rotor 110, Elektromotor 100 und Aufladevorrichtung 200 siehe 4, die weiter unten erläutert wird). Derartige Elektromotoren bzw. Aufladevorrichtungen 200, wie beispielsweise eTurbo oder E-Lader, zeichnen sich durch sehr hohe Drehzahlen von bis zu 60.000 bis 150.000 U/min und insbesondere bis zu 250.000 U/min aus. Hierbei ist ein relativ gegenüber anderen Elektromotoranwendungen, insbesondere langsamer drehenden Elektromotoren, größerer Spalt zwischen dem feststehenden Stator und dem darin rotierenden Rotor üblich. Um Unwuchten aufgrund von in diesem Spalt befindlichem Schmiermittel zu verhindern, ist ein Abtransport der Schmiermittel erforderlich.
Diesbezüglich zeigt 2 eine einteilige Statoranordnung 1a, bei der sich die elektrischen Wicklungen 28 nur in einem radial äußeren Bereich der Nuten 18 zwischen benachbarten Statorzähnen 14 befinden. Radial innerhalb der Wicklungen 28 befindet sich innerhalb einer jeweiligen Nut 18 ein Schmiermittelkanal 38 zum Abführen von Schmiermittel. Eine derartige einteilige Statoranordnung 1a erfordert eine aufwändige Herstellung. Insbesondere gestaltet es sich kompliziert, die Wicklungen 28 und den jeweiligen Deckschieber 29 bei der Herstellung im radial äußeren Bereich einer jeweiligen Nut 18 zu halten. Des Weiteren ist der Innendurchmesser 36 der Statoranordnung 1a durch die Größe des Rotors bzw. des darauf befindlichen elektromagnetisch aktiven Elements vorgegeben. Der Innendurchmesser 36 muss dabei ausgelegt sein den Rotor über einen kleinen radialen Spalt zu führen bzw. aufzunehmen. Hierdurch ergeben sich Restriktion bei der Montagereihenfolge beim Zusammenbau des Elektromotors bzw. wenn die Statoranordnung in einem Gehäuse des Elektromotors montiert wird.
Im Unterschied zur Statoranordnung 1a aus der 2, umfasst die erfindungsgemäße Statoranordnung 1 aus der 1 einen äußeren Statorkern 10 und einen separaten inneren Statorkern 30. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann die Statoranordnung 1 als geteilte Statoranordnung 1 oder Statoranordnung 1 mit geteiltem Statorkern bezeichnet werden. Der innere Statorkern 30 ist dabei separat vom äußeren Statorkern 10 herstellbar und separat, beispielsweise zu einem anderen Zeitpunkt montierbar. Durch eine Aufteilung der Funktionen der beiden Statorkerne 10, 30 ergeben sich verschiedene Vorteile. Während der innere Statorkern 30 durch einen entsprechend gewählten Innendurchmesser 36 (auch zweiter Innendurchmesser 36 bezeichnet) zur Aufnahme des Rotors 110 ausgelegt ist, umfasst der äußere Statorkern 10 die elektrischen Wicklungen 28 und ist für die Erzeugung des Magnetfelds verantwortlich. Der innere Statorkern 30 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und erstreckt sich von einem Außendurchmesser 32 zu dem zweiten Innendurchmesser 36. Der innere Statorkern 30 ist innerhalb des äußeren Statorkerns 10 angeordnet und kann im Betrieb einen magnetischen Flusspfad von dem Außendurchmesser 32 zu dem zweiten Innendurchmesser 36 nach in radialer Richtung 24 nach innen zu dem sich im Betrieb des Elektromotors radial innerhalb des inneren Statorkerns 30 angeordneten Rotor 110 verlängern. Der äußere Statorkern 10 definiert einen ersten Innendurchmesser 16 der im Wesentlichen dem Außendurchmesser 36 des inneren Statorkerns 30 entspricht. Der erste Innendurchmesser 16 des äußere Statorkerns 10 ist dabei derart dimensioniert, dass eine Lagereinheit 134 des Elektromotors 100 durch den äußeren Statorkern 10 hindurchführbar ist. Alternativ ausgedrückt ist der erste Innendurchmesser 16 größer ausgebildet als ein Außendurchmesser 134a einer Lagereinheit 134 des Elektromotors 100. Hierdurch kann ein fest in einem Gehäuse 140 des Elektromotors 100 angeordneter äußerer Statorkern 10 bei einer eventuell notwendigen Nachjustierung bzw. einem eventuell erforderlichen Austausch der Lagereinheit 134, beispielsweise nach dem Wuchten, im Gehäuse 140 verbleiben.
Durch die in den inneren Statorkern 30 und den äußeren Statorkern 10 geteilte Statoranordnung 1 ergeben sich somit während der Montage der Statoranordnung 1 bzw. während des Einbaus in ein Gehäuse 140 eines Elektromotor 100 bzw. einer Aufladevorrichtung 200 montagetechnische Vorteile. Beispielsweise steht zwischenzeitig ein größerer Innendurchmesser (erster Innendurchmesser 16) im Vergleich zu der einteiligen Statoranordnung 1a zur Verfügung, bei der die Statorzähne 14 weiter radial nach innen ragen, um den Rotor 110 bzw. das elektromagnetisch aktive Material aufzunehmen bzw. zu führen. Durch die spezifische Wahl des ersten Innendurchmessers 16 größer als ein maximaler Außendurchmesser 134a der Lagereinheit 134 kann der Wuchtausschuss bei einer Nachjustierung des Lagers reduziert werden, da die Lagereinheit 134, im Falle eines Mangels wie beispielsweise einer Unwucht, einfach durch den äußeren Statorkern 10 wieder aus dem (Elektromotoren-) Gehäuse 140 herausgenommen und ausgetauscht oder nachjustiert werden kann. Im Vergleich hierzu, lässt sich bei der einteiligen Statoranordnung 1a, dessen Innendurchmesser 36 üblicherweise kleiner ist als der Außendurchmesser 134a der Lagereinheit 134, ein zerstörungsfreies Entnehmen der im Gehäuse 140 fixierten Statoranordnung 1a nach dem Fixieren, insbesondere Einkleben nicht umsetzen. Bei der erfindungsgemäßen Statoranordnung 1 kann in einfacher, aber effektiver Weise, der innere Statorkern 30 bzw. die innere Statorgruppe entnommen und dann die zu ersetzende oder nachzujustierende Lagereinheit 134 durch den ersten Innendurchmesser 16 des äußeren Statorkerns 10 entnommen werden, ohne den äußeren Statorkern aus dem Gehäuse entfernen zu müssen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Statoranordnung 1 ist das Ermöglichen eines direkten Vergießens des äußeren Statorkerns 10 im (Motoren-)Gehäuse 140, ohne die Lagereinheit 134 zu verunreinigen, da die Lagereinheit 134 erst nach dem Vergießen des äußeren Statorkerns 10 in das Gehäuse 140 eingesetzt werden kann. Somit kann durch die vorliegende Statoranordnung 1 eine einfachere und kostengünstigere Montage eines Elektromotors 100 bzw. Einbau in ein Elektromotorengehäuse 140 als mit einer einteiligen Statoranordnung 1a erzielt werden. Durch die Möglichkeit des direkten Vergießens im Gehäuse 140 können zudem die Wärmeleitungseigenschaften bzw. die Kühlwirkung optimiert werden, beispielsweise durch die Vermeidung oder Reduzierung von Lufteinschlüssen zwischen dem Gehäuse 140 und der Statoranordnung 1 bzw. dem gewickelten äußeren Statorkern 10.
Die Aufteilung in einen äußeren Statorkern 10 mit den für den Elektromotor 100 erforderlichen Wicklungen 28 und in einen inneren Statorkern 30, ermöglicht zudem die Bereitstellung eines generischen äußeren Statorkerns 10 bzw. einer generischen äußeren Statorgruppe, d.h. mit Wicklungen 28 gewickelter und vergossener äußerer Statorkern 10. Ein derartiger generischer äußerer Statorkern 10 bzw. generische äußere Statorgruppe kann für verschiedene Anwendungsbereiche (z.B. verschiedene Drehzahlen) verwendet werden, da eine unterschiedliche Rotorgröße durch eine einfache Anpassung des inneren Statorkerns 30 kompensiert werden kann, wobei der äußere Statorkern 10 bzw. Statorgruppe seine Dimensionen beibehalten kann. Hierdurch können Fertigungs- und Kostenvorteile sowie Reduzierung der Fertigungszeit durch hohe Stückzahlen erzielt werden.
Im Rahmen dieser Offenbarung kann der äußere Statorkern 10 auch als radial äußerer Statorkern 30 bezeichnet werden. Der innere Statorkern 30 kann alternativ auch als radial innerer Statorkern 30 bezeichnet werden. Dass der Außendurchmesser 32 des inneren Statorkerns 30 im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser 16 entspricht, kann so verstanden werden, dass der Außendurchmesser 32 gleich oder minimal kleiner als der erste Innendurchmesser16 dimensioniert ist, um ein Einsetzen des inneren Statorkerns 30 in den äußeren Statorkern 10 zu ermöglichen, wobei Fertigungstoleranzen berücksichtigt werden. Unter „im Betrieb“ kann sowohl ein Antriebsmodus als auch ein Leerlauf- oder Generatormodus verstanden werden. „Zur Aufnahme des Rotors ausgelegt“ kann so verstanden werden, dass der Rotor 110 bzw. das elektromagnetisch aktive Element 112 in einem umlaufenden Spalt beabstandet zum inneren Statorkern 30, innerhalb des inneren Statorkerns 30 betriebsfähig anordbar ist. Alternativ ausgedrückt kann dies so verstanden werden, dass der innerer Statorkern 30 ausgelegt ist, den Rotor 110 bzw. das elektromagnetisch aktive Element 112 mit einem bei sehr schnell drehenden Elektromotoren üblicherweise relativ gegenüber anderen Elektromotoranwendungen, insbesondere langsamer drehenden Elektromotoren, größeren radialen Spalt beabstandet zu führen. Als elektromagnetisch aktives Element versteht der Fachmann den für den Rotor eines Elektromotors erforderlichen Anker mit Ankerspulen, den Permanentmagnet, den Reluktanzläufer oder den Kurzschlussläufer, je nach Bauart des Elektromotors.
Wie mit Bezug zu 1 weiter zu erkennen ist umfasst der äußere Statorkern 10 einen radial äußeren Statorring 12 und eine Mehrzahl an Statorzähnen 14, die in Umfangsrichtung 26 verteilt von dem Statorring 12 radial nach innen ragen. Die Statorzähne 14, insbesondere deren radial innere Enden, definieren dabei den ersten Innendurchmesser 16. Die Statorzähne 14 sind dabei einstückig mit dem Statorring 12 aus Blechen ausgestanzt und als Statorblechpaket zusammengebaut. Jeweils zwischen benachbarten Statorzähnen 14 sind Nuten 18 zur Aufnahme der elektrischen Wicklungen 28 gebildet. Dabei sind die Nuten 14 nach radial innen öffnend angeordnet. Die Nuten 18 weisen jeweils eine Nutöffnung 19 auf, die zwischen benachbarten Statorzähnen 14 gebildet wird. Dabei sind die Nutöffnungen 19 radial nach innen öffnend. Die elektrischen Wicklungen 28 sind in den Nuten 18 angeordnet. Genauer ausgedrückt sind die elektrischen Wicklungen 28 nur bzw. ausschließlich an bzw. in dem äußeren Statorkern 10 angeordnet. Alternativ ausgedrückt, sind die Wicklungen nicht in dem inneren Statorkern 30 angeordnet. Die Wickelköpfe können beidseitig axial aus den Nuten 28 hervorragen (nicht in 1 zu erkennen - siehe beispielsweise 4). Mit Ausnahme der Wickelköpfe, sind die elektrischen Wicklungen 28 somit nur bzw. ausschließlich in den Nuten 18 des äußeren Statorkerns 10 angeordnet. Es ist zu verstehen, dass der äußere Statorkern 10 weiterhin die für einen Stator üblichen Nutenisolationen 29a, insbesondere Nutenpapiere, und Deckisolationen 29, insbesondere Deckpapiere umfasst.
Diesbezüglich sind in 1 beispielhaft eine Deckisolation 29, die auch als Deckschieber 29 bezeichnet werden kann, sowie Nutenisolationen 29a dargestellt. Im Rahmen dieser Offenbarung, kann der äußerer Statorring 12 auch als Rückschlussring 12 bezeichnet werden.
Wie ebenfalls der 1 zu entnehmen ist, ist an radial inneren Enden der Statorzähne 14 jeweils ein Polschuh 15 ausgebildet. Als Polschuhe 15 können radial innere Endbereiche der Statorzähne 14 verstanden werden, die lateral in Umfangsrichtung 26, insbesondere beidseitig in Umfangsrichtung 26 von den Statorzähnen 14 hervorstehen. Folglich werden die Nutöffnungen 19 zwischen den Polschuhen 15 benachbarter Statorzähne 14 gebildet. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Polschuhe 15 kann eine umfängliche Breite der Nutöffnungen 19 eingestellt werden. Durch die Statoranordnung 1 mit separaten Statorkernen 10, 30 ergibt sich der Vorteil, dass die Nuten 18 in dem äußerem Statorkern 10 mit größeren Nutöffnungen 19, insbesondere mit größerer Öffnungsbreite in Umfangsrichtung 26, ausgebildet werden können. Durch die größeren Nutöffnungen 19 bzw. durch die flexiblere Gestaltungsfreiheit der Nuten 18 und der Nutöffnungen 19 in dem äußeren Statorkern 10, kann eine vereinfachte Wicklung erreicht werden, da die elektrischen Wicklungen 28 einfacher durch die breiten Nutöffnungen 19 eingeführt werden können als durch schmale Nutöffnungen, wie dies bei herkömmlichen einteiligen Statoranordnungen (siehe, Nutöffnungen der Nuten 18 in Statoranordnung 1a aus 2) üblicherweise erforderlich ist. Dies ist dadurch möglich, dass der innere Statorkern 30, die für die Reduzierung der Pulsationsverluste des Magnetfelds, insbesondere des Rotors 110, günstigen schmalen Nutöffnungen 39 radial innerhalb des äußeren Statorkerns 10 bereitstellen kann. Alternativ ausgedrückt können durch die geteilte Statoranordnung 1, die wickelrelevanten Nuten 18 bzw. Nutöffnung 19 des äußeren Statorkerns 10, im Wesentlichen unabhängig von Verlusten, beispielsweise unabhängig von Pulsationsverlusten, für den Halt des den Deckschiebers 29, zur Rückhaltung der elektrischen Wicklungen 28 und/oder das Bewickeln optimiert werden. Insbesondere kann durch die Polschuhe 15 eine verbesserte Sicherung der elektrischen Wicklungen 28 in den Nuten 18 ermöglicht werden im Vergleich zu der einteiligen Statoranordnung 1a, die keine Polschuhe zwischen radial äußerem und radial innerem Bereich der Nuten 18 aufweist (vergleiche 1 und 2). Die Polschuhe 15 sind nicht nur konfiguriert eine mechanische Funktion für einen etwaigen Deckschieber 29 zu erfüllen. Die Polschuhe 15 können auch konfiguriert sein, eine größere Querschnittsfläche, insbesondere in Umfangsrichtung gesehen, bereitzustellen, um die magnetische Impedanz eines Fügespaltes zwischen den Statorblechen zu minimieren.
Wie in 1 zu erkennen ist, umfasst der innere Statorkern 30 eine Mehrzahl an Statorzahnverlängerungen 34. Die Statorzahnverlängerungen 34 sind in Umfangsrichtung 26 verteilt angeordnet und erstrecken sich von dem Außendurchmesser 32 zu dem zweiten Innendurchmesser 36. Die Statorzahnverlängerungen 34 können als zahnförmige Elemente verstanden werden, die die Statorzähne 14 in radialer Richtung 24 nach innen verlängern. Die Statorzahnverlängerungen 34 erstrecken sich über die gesamte axiale Länge eines jeweiligen Statorzahns 14. Die Statorzahnverlängerungen 34 sind konfiguriert und angeordnet im Betrieb einen magnetischen Flusspfad von den Statorzähnen 14 in radialer Richtung 24 nach innen zu verlängern. Hierfür sind die Statorzahnverlängerungen 34 in radialer Verlängerung zu den Statorzähnen 14 angeordnet. Diesbezüglich sind die Statorzahnverlängerungen 34 im Wesentlichen an gleichen Positionen in Umfangsrichtung 26 angeordnet wie die Statorzähne14. Des Weiteren entspricht der Außendurchmesser 32 im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser 16 des äußeren Statorkerns 10. Eine Anzahl der Statorzahnverlängerungen 34 entspricht bevorzugterweise einer Anzahl der Statorzähne 14. Zwischen den Statorzahnverlängerungen 34 sind keine elektrische Wicklungen 28 angeordnet. Die elektrischen Wicklungen 28 sind (wie bereits weiter oben in Bezug zum äußeren Statorkern 10 erläutert, nur in den Nuten 18 zwischen den Statorzähnen 14 des äußeren Statorkerns 10 angeordnet. In Umfangsrichtung 26 zwischen benachbarten Statorzahnverlängerungen 34 sind Schmiermittelkanäle 38 mit radial innenliegenden Kanalöffnungen 39 ausgebildet. Die Kanalöffnungen 39 können auch als Nutöffnungen 39 des inneren Statorkerns 30 bezeichnet werden. Durch den separaten inneren Statorkern 30, in dem keine elektrischen Wicklungen 28 angeordnet sind, können die Nutöffnung 39 bzw. die Kanalöffnungen 39 in dem innerem Statorkern 30 kleiner ausgestaltet werden, da hier keine elektrischen Wicklung 28 eingefügt werden müssen. Hierdurch können Pulsationsverluste des Magnetfelds, insbesondere im Rotor 110 reduziert werden. Die Schmiermittelkanäle 38 verlaufen über eine gesamte axiale Länge der Statorzahnverlängerungen 34. Die Schmiermittelkanäle 38 dienen dabei als Drainage, um Schmiermittel oder andere Fluide vom schnell drehenden Rotor fernzuhalten bzw. abzuleiten und, um somit Schäden im Betrieb zu vermeiden. Hierdurch kann das Risiko, dass Fluide im Spalt zwischen dem Rotor 110 und dem inneren Statorkern 30 bei hohen Drehzahlen zu Unwucht und/oder Anstreifern und dadurch zu einem Ausfall führen, vermieden oder zumindest verringert werden. Die Platzierung der Schmiermittelkanäle 38 in dem separaten inneren Statorkern 30 ermöglicht eine einfachere Herstellung der Schmiermittelkanäle 38 im Vergleich zu einer einteiligen Statoranordnung 1a, bei der die Schmiermittelkanäle 38 beim Vergießen durch aufwändige Rückhalte-Werkzeuge freigehalten werden müssten. Weiterhin kann die sonst notwendige Nacharbeit und Reinigung unterbleiben oder zumindest reduziert werden, um Flitter und andere Verunreinigungen zu entfernen.
Wie weiter in 1 zu erkennen ist, ist an radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen 34 jeweils ein innerer Polschuh 35 und an radial äußeren Enden der Statorzahnverlängerungen 34 jeweils ein äußerer Polschuh 33 ausgebildet. Durch separate radial innere Polschuhe 35 an dem separatem inneren Statorkern 30, kann ein Abstand zwischen benachbarten Polschuhen 35 in Umfangsrichtung 26 kleiner gewählt werden als bei Polschuhen einer einteiligen Statoranordnung 1a, bei der elektrische Wicklungen durch Schlitze zwischen den Polschuhen durchgeführt werden müssen. Hierdurch kann eine Optimierung der magnetischen Eigenschaften der Statoranordnung 1 bzw. des Elektromotors 100 durch reduzierte Pulsationsverluste des Magnetfelds erzielt werden. Insbesondere können hierdurch speziell die Rotorverluste und damit die Rotortemperatur reduziert werden. Die inneren Polschuhe 35 erstrecken sich lateral in Umfangsrichtung 26, insbesondere beidseitig in Umfangsrichtung 26 zu benachbarten Statorzahnverlängerungen 34. Zwischen benachbarten inneren Polschuhen 35 wird die jeweilige Kanalöffnung 39 gebildet. Die inneren Polschuhe 35 bzw. die Kanalöffnungen 39 sind derart dimensioniert, dass zur Drainagefunktion das Schmiermittel vom Rotor 110 eingeschleudert werden kann. Die radial äußeren Polschuhe 33 sind jeweils in Kontakt mit einem Statorzahn 14 bzw. mit einem Polschuh 15 der Statorzähne 14 angeordnet. Insbesondere kann eine radial äußere Kontur des äußeren Polschuhs 33 und eine radial innere Kontur des Polschuhs 15 aufeinander angepasst sein, beispielsweise durch eine konkav-konvexe Ausgestaltung (siehe 1). Hierdurch kann die Weiterleitung des magnetischen Flusspfads verbessert werden. In einigen Ausgestaltungen (nicht in den Figuren dargestellt) können die Polschuhe 15 der Statorzähne 14 eine größere Breite in Umfangsrichtung 26 aufweisen als die äußeren Polschuhe 33 der Statorzahnverlängerungen 34. Hierdurch kann eine Verbesserung des magnetischen Flusspfads auch bei nicht exakt rotatorisch ausgerichtetem inneren Statorkern 30 bezüglich des äußeren Statorkerns 10 erreicht werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann hierdurch ein Toleranzausgleich erzielt werden.
Um eine Vereinfachung der Platzierung und Positionierung des inneren Statorkerns 30 im äußeren Statorkern 10 zu erzielen und, um insbesondere eine Vereinfachung der Platzierung und Positionierung der Statorzahnverlängerungen 34 zu erreichen, kann die Statoranordnung 1 weiterhin einen mit dem inneren Statorkern 30 verbundenen Haltering 40 umfassen (siehe 1). Der innere Statorkern 30 bildet zusammen mit Haltering 40 eine innere Statorgruppe (siehe 3). Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, ist der Haltering 40 angeordnet und konfiguriert, die Statorzahnverlängerungen 34 in Umfangsrichtung 26 verteilt am Außendurchmesser 32 zu halten. Insbesondere kann der Haltering 40 derart konfiguriert sein, dass die Schmiermittelkanäle 38 zwischen einem radial inneren Bereich des Halterings 40 und jeweils benachbarten Statorzahnverlängerungen 34 gebildet werden. Wie ebenfalls der 3 zu entnehmen ist, weisen die Schmiermittelkanäle 34 neben den radial inneren Kanalöffnungen 39 axiale Kanalöffnungen an jeweiligen axialen Enden auf. Eine derartige axiale Kanalöffnung ist beispielsweise an der Pfeilspitze des Bezugszeichens 38 in der 3 zu erkennen.
Bevorzugterweise ist der Haltering 40 aus einem nicht-ferritischen und nicht elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Beispielsweise kann der Haltering 40 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. In einigen Ausführungen kann der innere Statorkern 30 mit einem Kunststoffmaterial umspritzt sein, um den Haltering 40 zu bilden. Besonders bevorzugt ist der Haltering 40 aus einem Material hergestellt, das ausgelegt ist, Wirbelströme zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Beispielsweise kann das Material des Halterings 40 Polytrimethylenterephthalat (PPT) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) umfassen oder aus diesen hergestellt sein. Zusätzlich kann das Material des Halterings 40 Füllstoffe umfassen, beispielsweise einen Glasfaseranteil. In einigen Ausführungen kann der Haltering 40 beispielsweise ein Harzmaterial umfassen oder aus diesem hergestellt sein. Durch den Haltering 40 können Lücken zwischen den Statorzahnverlängerungen 34 in einem radial äußeren Bereich mit dem Material des Halterings 40 gefüllt werden. Des Weiteren kann der Haltering 40 den Statorzahnverlängerungen 34 sicheren Halt bieten. Zudem kann der Haltering 40 eine dichte Begrenzung, insbesondere als radial äußere Dichtung, der Schmiermittelkanäle 38 dienen. Alternativ ausgedrückt kann der Haltering 40 ausgelegt sein sie Schmiermittelkanäle 38 in radialer Richtung 24 nach außen abzudichten. In alternativen Ausgestaltungen können die Statorzahnverlängerungen 34 auch einzeln im äußeren Statorkern 10 angeordnet und/oder befestigt sein.
Der innere Statorkern 30 ist aus einem Eisenblechpaket gefertigt, insbesondere aus Eisenblechen ausgestanzt und zu einem Eisenblechpaket gestapelt. Die Statorzahnverlängerungen 34 sind insbesondere einzelne Elemente die durch eine entsprechende Befestigung im äußeren Statorkern 10 und/oder durch entsprechende Hilfsmittel, wie beispielsweise einen Haltering 40, erfindungsgemäß im äußeren Statorkern 10 angeordnet sind. Zusätzlich können radial innere Enden der Statorzahnverlängerungen 34 zumindest eines Bleches des Eisenblechpakets in Umfangsrichtung 26 durch Haltestege 42 verbunden sein (siehe 3). Durch die Haltestege 42 kann eine Orientierung der Statorzahnverlängerungen 34 zwischen dem Außendurchmesser 32 und dem zweiten Innendurchmesser 36 gewährleistet bzw. vereinfacht werden. Weiterhin kann durch die Haltestege 42 eine vereinfachte Herstellung der inneren Statorgruppe, insbesondere ein vereinfachter Zusammenbau bzw. Fügen des inneren Statorkerns 30 mit dem Haltering 40 erzielt werden. Die Haltestege 42 können auch eine Orientierung der Statorzahnverlängerungen 34 zueinander gewährleisten. Insbesondere ist eine Orientierung der Statorzahnverlängerung 34 durch Haltestege 42 für die Befestigung des Halterings bzw. das Umspritzen des Halteringmaterials vorteilhaft. In beispielhaften Ausführungen können drei Blechlagen verteilt über die axiale Länge des Blechpakets mit derartigen Haltestegen 42 verbunden sein. Beispielsweise kann jeweils eine Blechlage an axialen Enden und eine Blechlage mittig zwischen Haltestege 42 umfassen. In anderen Ausführungen können auch mehr oder weniger als drei Blechlagen des inneren Statorkerns 30 Haltestege 42 umfassen. Die Haltestege 42, insbesondere eine radiale Dicke bzw. ein Querschnitt der Haltestege 42 ist bevorzugterweise derart konfiguriert, dass lediglich ein vernachlässigbarer magnetischer Flusspfad durch die Haltestege 42 verläuft. Mit anderen Worten ausgedrückt weisen die Haltestege 42 bevorzugterweise eine im Vergleich zu den Statorzähnen 14 und/oder Statorzahnverlängerungen 34 vielfach höhere magnetische Impedanz auf. Insbesondere sind die Haltestege 42 bzw. deren Querschnitt, wenn vorhanden, so dünn ausgelegt, dass deren Pfade durch das Magnetfeld im Betrieb gesättigt werden und gerade noch die mechanische Funktion erfüllen. Hierdurch wird im Betrieb der magnetische Fluss durch die Statorzähne 14 bzw. durch die Statorzahnverlängerungen 34 und den Rückschlussring 12 geleitet.
In 4 ist die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung 200 und der erfindungsgemäße Elektromotor 100 abgebildet, die die zuvor erläuterte Statoranordnung 1 umfassen. Die Aufladevorrichtung 200 kann beispielsweise für den Einsatz in einem Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle konfiguriert sein. In 4 ist beispielhaft eine als eTurbo ausgebildete Aufladevorrichtung 200 dargestellt. Alternativ könnte die Aufladevorrichtung 200 auch als e-Lader ausgebildet sein.
Die Aufladevorrichtung 200 umfasst einen Verdichter mit einem Verdichterrad 212, das drehbar in einem Verdichtergehäuse angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Aufladevorrichtung einen Elektromotor 100, wobei das Verdichterrad 212 drehfest mit einer Welle 120 des Elektromotors 100 an einem ersten Wellenende 121 verbunden ist. Die Aufladevorrichtung 200 umfasst weiterhin eine Turbine mit einem Turbinenrad 222. Das Turbinenrad 222 ist drehbar in einem Turbinengehäuse angeordnet und drehfest mit der Welle 120 an einem zweiten dem ersten Wellenende 121 axial gegenüberliegenden Wellenende 123 verbunden. Zur besseren Übersichtlichkeit sind das Verdichtergehäuse und das Turbinengehäuse in der 4 nicht dargestellt.
Der Elektromotor 100 umfasst ein Gehäuse 140 mit einer zentralen Gehäuseöffnung 148 und einen Gehäusedeckel 150, der die zentrale Gehäuseöffnung 148 verschließt. Weiterhin umfasst der Elektromotor 100 einen Rotor 110 mit einer Welle 120 und einem auf der Welle 120 befestigten elektromagnetisch aktivem Element 112. In dem in 4 dargestellten Beispiel einer als eTurbo ausgebildeten Aufladevorrichtung 200, sind auf der Welle 120 des Elektromotors 100 weiterhin das Verdichterrad 212 und das Turbinenrad 222 angeordnet. Die Welle 120 bzw. der Rotor 110 ist in dem Gehäuse 140 gelagert. Eine erste Lagereinheit 132 stützt die Welle 120 verdichterseitig an einem ersten Endbereich zwischen dem Verdichterrad 212 und dem elektromagnetisch aktiven Element 112. Eine zweite Lagereinheit 134 stützt die Welle 120 an einem zweiten Endbereich, der dem ersten Endbereich gegenüberliegt. Mit anderen Worten ausgedrückt stützt die zweite Lagereinheit 134 die Welle 120 zwischen dem Turbinenrad 222 und dem elektromagnetisch aktiven Element 112. Die Lagereinheiten 132, 134 sind, wie in 4 zu erkennen, insbesondere Radial-Lagereinheiten 132, 134.
Grundsätzlich sind im Kontext dieser Anmeldung die Begriffe „turbinengehäuseseitig“ oder „turbinenseitig“ und „verdichtergehäuseseitig“ bzw. „verdichterseitig“ als Begriffe für axiale Seiten, axiale Positionen bzw. axiale Richtungen relativ zu anderen Elementen, insbesondere zu dem mittig dazwischen angeordneten Gehäuse 140 bzw. dem elektromagnetisch aktiven Element 112 verstanden werden. Allerdings kann der relative Bezug auch bezüglich anderer explizit erwähnter Elemente gelten, so dass beispielsweise die zweite Lagereinheit 134 verdichterseitig des Turbinenrads 222 angeordnet ist. Insbesondere bezeichnet „turbinengehäuseseitig“ oder „turbinenseitig“ beispielweise in 4 eine Position, die weiter rechts von einer anderen Position ist. „Verdichtergehäuseseitig“ oder „verdichterseitig“ bezeichnet beispielsweise in 4 eine Position, die weiter links von einer anderen Position ist. Die Begriffe „turbinengehäuseseitig“ und „verdichtergehäuseseitig“ können dabei als Synonyme für die jeweiligen Begriffe „turbinenseitig“ und „verdichterseitig“ verwendet werden. Insbesondere bei Anwendungen des Elektromotors 100 die keinen Verdichter und/oder Turbine umfassen, kann „verdichterseitig“ auch durch „öffungsseitig“ ersetzt. Analog, kann „turbinenseitig“ auch durch „öffnungsabseitig“ oder „gehäuseseitig“ ersetzt werden. Die Begriffe „öffnungsseitig“ und „öffnungsabseitig“ bzw. „gehäuseseitig“ beziehen sich dabei auf die zentrale Gehäuseöffnung 148 und beschreiben analog zu den Begriffen „verdichterseitig“ bzw. „turbinenseitig“ axiale Seiten, axiale Positionen bzw. axiale Richtungen relativ zu anderen Elementen. Diese Erläuterungen sind im übertragenen Sinne auch auf die anderen Figuren anzuwenden.
Dementsprechend kann die erste Lagereinheit 132 alternativ auch als verdichterseitige Lagereinheit 132 oder öffnungsseitige Lagereinheit 132 bezeichnet werden. Die zweite Lagereinheit 134 kann alternativ auch als turbinenseitige Lagereinheit 134 oder öffnungsabseitige Lagereinheit 134 bezeichnet werden. Alternativ ausgedrückt, stützt die erste Lagereinheit 132 die Welle 120 öffnungsseitig neben dem elektromagnetisch aktivem Element 112. Die zweite Lagereinheit 134 stützt die Welle 120 öffnungsabseitig neben dem elektromagnetisch aktivem Element 112.
Ein Außendurchmesser 134a der zweiten Lagereinheit 134 ist größer als der zweite Innendurchmesser 36 des inneren Statorkerns 30. Der Außendurchmesser 134a der zweiten Lagereinheit 134 ist auch größer als ein Außendurchmesser des Rotors 110 bzw. des elektromagnetisch aktiven Elements 112. Alternativ ausgedrückt ist der Außendurchmesser des Rotors 110 bzw. des elektromagnetischen Elements 112 kleiner als der Außendurchmesser 134a der zweiten Lagereinheit 134. Der zweite Innendurchmesser 36 des inneren Statorkerns 30 ist kleiner als der Außendurchmesser 134a der zweiten Lagereinheit 134 ausgebildet. Insbesondere ist der erste Innendurchmesser 16 des äußeren Statorkerns 10 größer ausgebildet als der Außendurchmesser 134a der zweiten Lagereinheit 134. Hierdurch kann die zweite Lagereinheit 134 durch den äußeren Statorkern 10 hindurch im Gehäuse 140 montiert werden. Die erste Lagereinheit 132 ist bevorzugt analog zu der zweiten Lagereinheit 134 dimensioniert. In alternativen Ausführungen kann die erste Lagereinheit 132 auch größer oder kleiner dimensioniert sein als die zweite Lagereinheit 134.
Der Gehäusedeckel 150 umfasst eine Lagerbohrung 142 in der die erste Lagereinheit 132 angeordnet ist. Die erste Lagerbohrung 142 ist als Vertiefung ausgebildet. In dem Gehäuse 140 ist öffnungsabseitig eine Lagerbohrung 144 ausgebildet, in der die zweite Lagereinheit 134 angeordnet ist. Die zweite Lagerbohrung 144 ist als Vertiefung ausgebildet. Die Lagerbohrung 142 des Gehäusedeckels 150 kann auch als erste Lagerbohrung 142 bezeichnet werden. Die Lagerbohrung 144 des Gehäuses 140 kann auch als zweite Lagerbohrung 144 bezeichnet werden. Die Lagerbohrung 144 der zweiten Lagereinheit 134 ist von einer ringförmigen Wand 145 des Gehäuses 140 umgeben. Der äußere Statorkern 10 ist radial außerhalb der ringförmigen Wand 145 im Gehäuse 140 angeordnet. Die ringförmige Wand 145 dient dabei insbesondere als Lagersitz für die zweite Lagereinheit 134. Durch die geteilte Ausbildung des Statoranordnung 1, lässt sich der äußere Statorkern 10 vor der Montage der zweiten Lagereinheit 134 in das Gehäuse 140 einsetzen und befestigen. Radial außerhalb der ringförmigen Wand 145 ist eine ringförmige Vertiefung 146 ausgebildet, die die ringförmige Wand 145 umgibt. Der äußeren Statorkern 10, insbesondere die Wickelköpfe der elektrischen Wicklungen 28 sind in die ringförmige Vertiefung 146 eingesetzt. Alternativ ausgedrückt ragt der Lagersitz bzw. die ringförmige Wand 145 axial in die Wickelköpfe. Hierdurch kann axialer Bauraum gespart werden. Grundsätzlich kann durch die ringförmige Wand 145 eine strukturelle Begrenzung zwischen dem äußeren Statorkern 10 und der zweiten Lagereinheit 134 bereitgestellt werden. Dies vereinfacht das vom äußeren Statorkern 10 unabhängig herausnehmbare Einsetzen der zweiten Lagereinheit 134 ins Gehäuse 140. Der erste Innendurchmesser 16 ist zumindest gleich groß oder größer als ein Außendurchmesser der ringförmigen Wand 145. Eine Stirnfläche 145a der ringförmigen Wand 145 kann als Auflagefläche für einen Gussdorn 160 bei einem internen Vergießen des äußeren Statorkerns 10 im Gehäuse 140 verwendet werden.
Dadurch, dass der erste Innendurchmesser 16 des äußeren Statorkerns 10 derart dimensioniert, dass die zweite Lagereinheit 134 durch diesen hindurchgeführt werden kann, kann der Wuchtausschuss bei einer Nachjustierung der Lagereinheiten 132, 134 reduziert werden, da die zweite Lagereinheit 134, im Falle eines Mangels wie beispielsweise einer Unwucht, einfach durch den äußeren Statorkern 10 wieder aus dem Gehäuse 140 herausgenommen und ausgetauscht oder nachjustiert werden kann. Insbesondere ist der erste Innendurchmesser 16 zumindest gleich groß oder größer als ein Außendurchmesser der zweiten Lagereinheit 134, so dass die zweite Lagereinheit 134 durch den äußeren Statorkern 10 hindurchgeführt werden kann. Im Vergleich hierzu, lässt sich bei einer einteiligen Statoranordnung 1a, dessen Innendurchmesser 36 kleiner ist als der Außendurchmesser der Lagereinheit, ein zerstörungsfreies Entnehmen der Statorteile nach dem Einkleben, insbesondere nach dem Wuchten, nicht umsetzen. Bei der erfindungsgemäßen Statoranordnung kann in einfacher, aber effektiver Weise, der innere Statorkern 10 bzw. die innere Statorgruppe entnommen und dann die zu ersetzende oder nachzujustierende Lagereinheit 134 durch den ersten Innendurchmesser 16 des äußeren Statorkerns 10 entnommen werden, ohne den äußeren Statorkern 10 aus dem Gehäuse 140 entfernen zu müssen. Durch den erfindungsgemäßen Elektromotor 100 kann insgesamt also eine einfachere Montage und ein zerstörungsfreies Nachwuchten der zweiten Lagereinheit 134 ermöglicht werden. Weiterhin wird ein Nacharbeiten, insbesondere ein Tauschen des Lagers bzw. der Lagereinheit 134, ermöglicht, wenn die Wuchtung des Wellenverbands fehlschlägt.
Der äußere Statorkern 10 kann intern im Gehäuse 140 vergossen sein oder extern vergossen werden und in dem Gehäuse 140 befestigt sein. Bevorzugterweise wird der äußere Statorkern 10 zusammen mit den elektrischen Wicklungen 28 zu einer äußeren Statorgruppe im Gehäuse 140 vergossen. Durch den intern bzw. direkt im Gehäuse 140 vergossenen bzw. eingegossenen äußeren Statorkern 10 kann eine erheblich verbesserte Wärmeableitung erzielt werden. Dies ist dadurch möglich, dass Luftkavitäten vermieden werden können bzw. da im Wesentlichen lückenlos zwischen Gehäuse 140 und Eisenkern bzw. Wicklung 28 vergossen werden kann. Durch das direkte Vergießen im Gehäuse 140 können Kleber reduziert bzw. komplett vermieden werden. Weiterhin kann eine bessere Anbindung der Wickelköpfe erreicht werden. Weiterhin kann eine Verunreinigung der Lagereinheiten 132, 134 durch das interne Vergießen vermieden werden, da diese erst nach dem Vergießen in das Gehäuse 140 eingesetzt werden können.
Insbesondere kann der der äußere Statorkern 10 zusammen mit den elektrischen Wicklungen 28 zu einer äußeren Statorgruppe in einem Vakuumverguß vergossen sein. Die äußere Statorgruppe kann ein Vergussmaterial, beispielsweise Epoxidharz, umfassen, dass mit wärmeleitungsfördernden Füllstoffen versehen ist. Durch die erfindungsgemäße geteilte Statoranordnung 1 kann das Vergießen des gesamten äußeren Statorkerns 10 mit den Wicklungen 28 ohne etwaige komplexe Rückhalte-Vorrichtungen für die elektrischen Wicklungen 28erfolgen, die beispielsweise bei einer herkömmlichen einteiligen Statoranordnung 1a erforderlich sind, um die elektrischen Wicklungen 28 im radial äußeren Bereich der Nuten 18 zu halten, damit zum Abtransport von Schmiermittel erforderliche Schmiermittelkanäle 38 im radial inneren Bereich der Nuten 18 ausgebildet bleiben. Insbesondere wird kein zusätzliches Material benötigt, das in die Nuten 18 eingeschoben wird, um die Deckschieber 29 zu unterstützen. Außerdem können die Deckschieber 29 dünner ausgestaltet werden als bei herkömmlichen Systemen, da die wickelrelevante Nutöffnung 19, also die Nutöffnung 19 der Nuten 18 in dem äußeren Statorkern 10, im Wesentlichen unabhängig von Verlusten, beispielsweise Pulsationsverlusten, für den Deckschieberhalt und das Bewickeln optimiert werden kann. Dies wird durch den separaten inneren Statorkern 30 ermöglicht, der wiederum für die Verringerung von etwaigen Verlusten, insbesondere Pulsationsverlusten, (unabhängig von Wicklungs- oder Deckschieberrestriktionen) optimiert werden kann. Insgesamt kann ein schnelleres und kostengünstigeres Vergießen mit einfacheren Vergusswerkzeugen, insbesondere bei einer eTurbo Anordnung erreicht werden.
In Ausgestaltungen ist der Elektromotor 100 insbesondere ein permanentmagnetisch erregter Synchronmotor. In alternativen Ausgestaltungen kann der Elektromotor 100 auch für Kurzschlussläufer oder Reluktanzläufer verwendet werden.
Auch, wenn der Elektromotor 100 im lediglich mit Bezug auf die Aufladevorrichtung 200 beschrieben wurde, könnte der Elektromotor 100 auch für andere Anwendungen wie eine Antriebsvorrichtung, insbesondere eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug verwendet werden. Beispielsweise könnte der Elektromotor 100 als Antriebsvorrichtung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Eine derartige Anwendung könnte der Einsatz als Traktionsmotor mit einseitig geöffnetem Gehäuse sein, bei dem eine öffnungsabseitige Lagereinheit einen größeren Außendurchmesser aufweist als der innerste Durchmesser der Statoranordnung.
Mit Bezug zu den 5 bis 8 wird im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Elektromotors 100 für die Aufladevorrichtung 200 oder für eine Antriebseinheit erläutert.
Dabei wird das Gehäuse 140 mit einer zentralen Gehäuseöffnung 148 und einem Gehäusedeckel 150 bereitgestellt. Weiterhin wird ein gewickelter äußeren Statorkern 10 mit einem ersten Innendurchmesser 16 und ein innerer Statorkern 30 bereitgestellt.
Die Bereitstellung des gewickelten äußeren Statorkerns 10 wird anhand von 5 erläutert. Der äußere Statorkern 10 wird durch Stanzen eines äußeren Statorrings 12 mit radial nach innen ragenden Statorzähnen 14 aus Eisenblechen bereitgestellt, so dass umfänglich zwischen jeweils benachbarten Statorzähnen 14 Nuten 18 ausgebildet werden. Die Statorzähne 14 werden dabei derart ausgestanzt, dass ihre radial inneren Enden den ersten Innendurchmesser 16 bilden. Dabei können die Statorzähne 14 derart ausgestanzt werden, dass an ihren radial inneren Enden Polschuhe 15 ausgebildet sind. Wie in S101 dargestellt werden die gestanzten Eisenbleche zu einem Eisenblechpaket gestapelt. Dann werden in S102 axiale Deckbleche angebracht. Die Deckbleche sind aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material hergestellt Alternativ können die Deckbleche auch als Isolationsscheiben bezeichnet werden. Dann werden in S 103 Nutenisolationen 29a in die Nuten 18 des äußeren Statorkerns 10 eingebracht. Der gewickelte äußere Statorkern 10 wird in S104 bereitgestellt durch Einbringen von elektrischen Wicklungen 28 in die Nuten 18, Formen der Wickelköpfe und Verschalten. Dabei werden nach dem Einbringen der elektrischen Wicklungen 28 Deckschieber 29 in die Nuten 18 zwischen benachbarte Polschuhe 15 des äußeren Statorkerns 10 eingebracht.
Als nächstes wird der gewickelte äußere Statorkern 10 durch die zentrale Gehäuseöffnung 148 in das Gehäuse 140 eingebracht. Dabei können gemäß 6 zwei alternative Schritte unterschieden werden. Gemäß S 1 10a umfasst kann der gewickelte äußere Statorkern 10 in das Gehäuse 140 eingebracht werden und intern im Gehäuse 140 vergossen werden. Alternativ, kann gemäß S110b der gewickelte äußere Statorkern 10 extern vergossen werden und danach im Gehäuse 140 befestigt werden.
Gemäß S110b wird der gewickelte äußere Statorkern 10 vor dem Einbringen in das Gehäuse 140 in einer externen Form vergossen. Danach wird der gewickelte und extern vergossene äußere Statorkern 10 in eine ringförmige Vertiefung 146 des Gehäuses 140 eingesetzt und in dem Gehäuse 140 befestigt. Insbesondere kann der gewickelte und extern vergossene äußere Statorkern 10 in das Gehäuse 140 eingeklebt werden. Durch die geteilte Statoranordnung 1, bei der die elektrischen Wicklungen 28 nur in dem äußeren Statorkern 10 angeordnet sind, wird nur der äußere Statorkern 10 vergossen. Insbesondere, da in dem äußeren Statorkern 10 keine Schmiermittelnuten vorgehalten werden müssen, kann eine einfach aufgebaute, beispielsweise eine zylindrische Vergussform verwendet werden (nicht dargestellt). Auch beim externen Vergießen, ergeben sich die Vorteile der Reduzierung eines Wuchtauschusses, da die zweite Lagereinheit 134 im Falle einer Nachjustierung durch den äußeren Statorkern 10 bzw. die äußere Statorgruppe hindurch aus dem Gehäuse 140 entnommen werden kann. Die externe Form kann einen Innenzylinder und einen äußeren Hohlzylinder umfassen. Ein Außendurchmesser des Innenzylinders kann im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser 16 entsprechen. Ein Innendurchmesser des äußeren Hohlzylinders kann im Wesentlichen einem Außendurchmesser des gewickelten äußeren Statorkerns 10 entsprechen.
Alternativ zum externen Vergießen, kann der gewickelte äußere Statorkern 10 intern im Gehäuse 140 vergossen werden. Dabei wird der gewickelte äußere Statorkern 10 in das Gehäuse 140 eingebracht bzw. in der ringförmigen Vertiefung 146 des Gehäuses 140 platziert. In dieser Platzierung kann der gewickelte äußere Statorkern 10 dann im Gehäuse 140 gemäß S110a vergossen werden. Durch den intern bzw. direkt im Gehäuse 140 vergossenen bzw. eingegossenen äußeren Statorkern 10 kann eine erheblich verbesserte Wärmeableitung erzielt werden. Dies ist dadurch möglich, dass Luftkavitäten vermieden werden können bzw. da im Wesentlichen lückenlos zwischen Gehäuse 140 und Eisenkern bzw. Wicklungen 28 vergossen werden kann. Durch das direkte Vergießen im Gehäuse 140 können Kleber reduziert bzw. komplett vermieden werden. Weiterhin kann eine bessere Anbindung der Wickelköpfe erreicht werden. Beim internen Vergießen wird nach dem Platzieren gewickelten äußeren Statorkerns 10 und vor dem Einfüllen von Vergussmasse, ein zylindrischer Gussdom 160 an eine Stirnfläche 145a der ringförmigen Wand 145 angelegt.
Ein Außendurchmesser des zylindrischen Gussdorns 160 entspricht dabei im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser 16. Dabei wird Gehäuse 140 für das Vergießen mit der zentralen Gehäuseöffnung 148 im Wesentlichen entgegen der Schwerkraft orientiert sein. Alternativ ausgedrückt wird das Gehäuse 140 mit der zentralen Gehäuseöffnung 148 nach oben orientiert.
Gemäß der 7a bis 7d kann der gewickelte äußere Statorkern 10 durch Einbringen von Vergussmaterial in das Gehäuse 140 durch die zentrale Gehäuseöffnung 148 oder durch Einbringen von Vergussmaterial über eine separate Öffnung 149 vergossen werden.
Gemäß 7a kann die Vergussmasse in das Gehäuse 140 über die zentrale Gehäuseöffnung 148 eingeführt werden, bis eine vorbestimmte Füllmenge eingefüllt wird.
Gemäß 7b kann die von der zentralen Gehäuseöffnung 148 separate Öffnung 149 auf einer bezüglich der zentralen Gehäuseöffnung 148 axial gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 140 angeordnet sein. In alternativ Ausgestaltungen kann die separate Öffnung 149 seitlich der zentralen Gehäuseöffnung 148 bzw. seitlich am Gehäuse 140 angeordnet sein. Die separate Öffnung 149 ist so angeordnet, dass das Gehäuse 140 von einer zur zentralen Gehäuseöffnung 148 axial entfernten Seite zur zentralen Gehäuseöffnung 148 hin befüllt wird. Dabei wird das Vergussmaterial so lange durch die separate Öffnung 149 in das Gehäuses 140 eingebracht, bis ein vorbestimmter Gegendruck erreicht wird. Insbesondere kann das Vergussmaterial durch eine Dosiernadel eingefüllt werden, wobei beispielsweise ein Gegendruck an der Dosiernadel gemessen werden kann. Die Befüllung mit Gegendruck hat Vorteile bezüglich Toleranzen. Insbesondere können schwankenden Füllmengen besser ausgeglichen und die Restluft im Gehäuse 140 besser verdrängt werden.
7c zeigt eine weitere Variante des internen Vergießens. Dabei ist eine von der zentralen Gehäuseöffnung 148 separate Öffnung 149 vorgesehen durch die das Gehäuse 140 von einer zur zentralen Gehäuseöffnung 148 axial entfernten Seite zur zentralen Gehäuseöffnung 148 hin befüllt werden kann. Im Vergleich zur Ausführung nach 7b, kann in der Ausführung nach 7c das Einfüllmaterial von oben durch eine erste Leitung 149a eingefüllt werden und dann durch eine zweite Leitung 149b in einem unteren Bereich des Gehäuses 140 in das Innere des Gehäuses 140 eingeleitet werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird im Beispiel der 7c, die separate Öffnung 149 durch die zwei Leitungen 149a, 149b gebildet. Alternativ kann die separate Öffnung auch als Einfüllkanal 149 bezeichnet werden. In einem äußeren Bereich der Leitung 149b, kann sich während des Vergießens ein Blockierstopfen befinden, um eine Leckage zu verhindern. Die Leitungen 149a, 149b können insbesondere durch Bohrungen in das Gehäuse 140 eingebracht sein. In alternativen Ausgestaltungen kann die Steuerung der Befüllung dabei analog wie oben beschrieben, gegendruckgesteuert erfolgen. Im Vergleich zur Ausführung der 7b, ergibt sich bei dieser Ausführung eine verfahrenstechnische Vereinfachung, da eine Einfüllvorrichtung, beispielsweise eine Dosiernadel, in einfach zugänglicher Weise von oben an das Gehäuse herangeführt werden kann.
In Ausgestaltungen kann das Vergießen, insbesondere das interne Vergießen unter Vakuum im Gehäuse 140 durchgeführt werden. Insbesondere kann das Vergießen unter Feinvakuum, Hochvakuum oder Ultrahochvakuum durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Vergießen bei einem Druck von 1 hPa bis 1×1W^(-11) hPa, insbesondere 1×10^(-2) hPa bis 1x10(-8) hPa oder insbesondere 1×10^(-3) hPa bis 1x10(-6) hPa durchgeführt werden. Dies ist insbesondere beim internen Vergießen durch die separate Öffnung 149 vorteilhaft.
7d zeigt eine beispielhafte Variante des internen Vergießens unter Vakuum. Dabei ist eine von der zentralen Gehäuseöffnung 148 separate Öffnung 149 vorgesehen durch die das Gehäuse 140 von einer zur zentralen Gehäuseöffnung 148 axial entfernten Seite zur zentralen Gehäuseöffnung 148 hin befüllt werden kann. Die separate Öffnung 149 kann dabei benachbart zu zentralen Gehäuseöffnung 148 im Gehäuse 140 angeordnet sein. Hierdurch ist eine einfache Zugänglichkeit gegeben. Über einen Kanal kann die separate Öffnung 149 bis zu einem unteren Bereich des Gehäuses 140 führen, insbesondere in einen Bereich der ringförmigen Vertiefung 146 münden. Hierdurch kann das Gehäuse von unten nach oben, also entgegen der Schwerkraft befüllt werden. Dabei kann durch die an der Oberseite des Gehäuses 140 befindliche separate Öffnung 149 mit dem nach unten verlaufenden Kanal bzw. Steigrohr, eine einfach Zugänglichkeit erhalten bleiben. Die separate Öffnung 149 kann beispielsweise wie mit Bezug auf 7c beschrieben, durch zwei Leitungen gebildet werden oder wie in 7d dargestellt, durch eine einzige mit entsprechender Neigung oder Krümmung. Die zentrale Gehäuseöffnung 148 kann durch einen Vergussdeckel 161, der integral mit dem Gussdorn 160 oder separat davon ist, verschlossen, insbesondere luftdicht verschlossen werden. Über dem Fachmann bekannte, geeignete Vorrichtungen kann ein Vakuum im Inneren des Gehäuses 140 erzeugt werden. Über einen ersten Trichter 162 kann die Vergussmasse in das Gehäuse 140 eingefüllt werden. Überschüssiges Vergussmaterial kann in einen zweiten Trichter 164 aufsteigen. Der zweite Trichter 164 ist insbesondere an dem Vergussdeckel 161 angeordnet. Insbesondere ist der zweite Trichter 164 an einer bezüglich der Achse 22 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 140 zu dem ersten Trichter 162 angeordnet. Hierdurch kann die Vergussmasse durch das Gehäuse 140, insbesondere um den Gussdorn 160 herumgeführt werden, bevor sie in dem zweiten Trichter 164 aufsteigen kann. Sobald ein vorbestimmter Gegendruck oder eine vorbestimmte Füllmenge erreicht ist, wird das Gehäuse belüftet. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird das Vakuum weggenommen und zumindest ein Teil des überschüssigen Materials von dem zweiten Trichter 164 zurück in das Gehäuse 140 gepresst. Hierdurch können besonders vorteilhaft etwaige Hohlräume besser befüllt werden. Dies ist durch den Umgebungsdruck möglich, der bei Wegnahme des Vakuums an dem zweiten Trichter 164 anliegt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Überdruck nach dem Befüllen angelegt werden, um den Befüllungsgrad weiter zu steigen. Wie in 7d dargestellt, kann der erste Trichter 162 über eine Dosiernadel befüllt werden. Die Dosiernadel kann über einen O-Ring an dem ersten Trichter 162 abgedichtet werden. Alternativ zu den Trichtern 162, 164 können auch andere geeignete Gefäße verwendet werden. Die Dosiernadel kann alternativ auch direkt an die separate Öffnung 149 angeschlossen werden. Die separate Öffnung kann auch als Zuführkanal oder Steigrohr bezeichnet werden.
Als Vergussmaterial wird bevorzugt Harz, insbesondere Epoxidharz verwendet. Insbesondere kann das Vergussmaterial mit wärmeleitfördernden Füllstoffen versehen sein. Insbesondere kann das Vergussmaterial mit elektrisch isolierenden und wärmeleitfördernden Füllstoffen versehen sein. Die Füllstoffe können keramische oder mineralische Füllstoffe, beispielsweise Aluminiumoxid umfassen.
Nachdem der äußere Statorkern 10 vergossen und in das Gehäuse eingebracht wurde, wird die zweite Lagereinheit 134 durch die zentrale Gehäuseöffnung 148 und durch den gewickelten äußeren Statorkern 10 hindurchgeführt. Die zweite Lagereinheit 134 wird in einer Lagerbohrung 144 angeordnet, die von einer ringförmigen Wand 145 des Gehäuses 140 gebildet wird (siehe S 123 in 8). Dabei ist der äußere Statorkern 10 in der ringförmigen Vertiefung 146 angeordnet, die die ringförmige Wand 145 radial nach außen umgibt.
Nach dem Einbringen der zweiten Lagereinheit 134, wird der innere Statorkern 30 durch die zentrale Gehäuseöffnung 148 in das Gehäuse 140 eingebracht. Der innere Statorkern 30 wird innerhalb des äußeren Statorkerns 10 angeordnet, so dass Statorzahnverlängerungen des inneren Statorkerns 10 in radialer Verlängerung zu den Statorzähnen 14 des äußeren Statorkerns 10 angeordnet sind (siehe S 124 in 8).
Die Bereitstellung des inneren Statorkerns 30 gemäß S121 und S122 aus 8 kann unabhängig von der Bereitstellung des äußeren Statorkerns 10 erfolgen. Auch kann die Bereitstellung des inneren Statorkerns 30 vor oder nach dem Einbringen der zweiten Lagereinheit 134 erfolgen. Der innere Statorkern 30 wird bereitgestellt durch Stanzen einzelner Statorzahnverlängerungen 34 aus Eisenblechen. Danach werden die gestanzten Eisenbleche ringförmig angeordnet, so dass sie einen Außendurchmesser 32 und einen zweiten Innendurchmesser 36 bilden, und dann zu einem Eisenblechpaket gestapelt (siehe S121 in 8). Alternativ ausgedrückt werden die Statorzahnverlängerungen 34 derart ausgestanzt, dass sie eine Länge aufweisen, die der Differenz zwischen dem gewünschten Außendurchmesser 32 und dem gewünschten zweiten Innendurchmesser 36 entspricht.
Bevorzugterweise wird das Eisenblechpaket mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, um einen Haltering 40 zu formen (siehe S122 in 8). Das Eisenblechpaket kann dabei derart umspritzt werden, dass zwischen benachbarten Statorzahnverlängerungen 34 in einem radial inneren Bereich Schmiermittelkanäle 38 ausgebildet werden. Die Statorzahnverlängerungen 34 können dabei derart angeordnet sein, dass die Schmiermittelkanäle 38 in radialer Richtung 24 nach innen öffnenden Kanalöffnungen 39 umfassen. Insbesondere entspricht der Außendurchmesser 32 des inneren Statorkerns 30 im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser 16 des äußeren Statorrings 30. Das Kunststoffmaterial kann bevorzugterweise ein einem nicht-ferritischen und/oder nicht elektrisch leitfähiges Material sein, um Wirbelströme zu vermeiden bzw. zu reduzieren. In Ausführungen kann das Kunststoffmaterial des Halterings 40 beispielsweise Polytrimethylenterephthalat (PPT) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) umfassen oder aus diesen hergestellt sein. Zusätzlich kann das Material des Halterings 40 Füllstoffe umfassen, beispielsweise einen Glasfaseranteil.
Alternativ kann der Haltering 40 durch Gießen hergestellt sein. Beispielsweise kann das Material des Halterings ein Harzmaterial umfassen oder aus diesem hergestellt sein. In einigen Ausführungen kann der Haltering 40 ein vorproduziertes Teil mit Aussparungen sein, in die die Statorzahnverlängerungen 34 eingesetzt werden. Durch den Haltering 40 können Lücken zwischen den Statorzahnverlängerungen 34 in einem radial äußeren Bereich mit dem Material des Halterings 40 gefüllt werden. Des Weiteren kann der Haltering 40 den Statorzahnverlängerungen 34 sicheren Halt bieten. Zudem kann der Haltering 40 eine dichte Begrenzung, insbesondere als radial äußere Dichtung, der Schmiermittelkanäle 38 dienen. Alternativ ausgedrückt kann der Haltering 40 ausgelegt sein sie Schmiermittelkanäle 38 in radialer Richtung 24 nach außen abzudichten. In alternativen Ausgestaltungen können die Statorzahnverlängerungen 34 auch einzeln im äußeren Statorkern 10 angeordnet und/oder befestigt werden.
In Ausgestaltungen des Verfahrens, kann der äußere Statorkern 10 und der innere Statorkern 30 aus denselben Blechen ausgestanzt werden. Beispielsweise können die Statorzahnverlängerungen 34 zwischen dem Außendurchmesser 32 und dem zweiten Innendurchmesser 36 aus den Eisenblechen gestanzt werden. Insbesondere können die Statorzahnverlängerungen 34 aus dem Restmaterial der Bleche des äußeren Statorkerns 10 gestanzt werden. Beispielsweise können die Statorzahnverlängerungen 34 zumindest teilweise aus dem Blechbereich zwischen den Statorzähnen 14 des äußeren Statorkerns 10gestanzt werden.
Beim Ausstanzen der Statorzahnverlängerungen 34 kann zumindest ein Eisenblech derart ausgestanzt werden, dass radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen 34 in Umfangsrichtung 26 durch Haltestege 42 verbunden sind. Durch dieses optionale Merkmal kann eine vereinfachte Herstellung der inneren Statorgruppe, insbesondere ein vereinfachter Zusammenbau bzw. Fügen von innerem Statorkern 30 und Haltering 40 erreicht werden. Beim Ausstanzen der Statorzahnverlängerungen 34, können die Eisenbleche derart ausgestanzt werden, dass an radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen 34 jeweils ein innerer Polschuh 35 und an radial äußeren Enden der Statorzahnverlängerungen 34 jeweils ein äußerer Polschuh 33 ausgebildet ist (siehe S121 in 8).
Nach dem Einsetzen des inneren Statorkerns 10 aus S124, wird der Rotor 110 mit dem elektromagnetisch aktiven Material 112 in das Gehäuse 140 eingebracht und die zentrale Gehäuseöffnung 148 mit einem Gehäusedeckel 150 in dem eine erste Lagereinheit 132 angeordnet ist, geschlossen (siehe 4).
Obwohl die vorliegende Erfindung oben beschrieben wurde und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, sollte verstanden werden, dass die Erfindung alternativ auch entsprechend der folgenden Ausführungsformen definiert werden kann:

1. Statoranordnung (1) für einen Elektromotor (100) mit innenliegendem Rotor (110) umfassend:
- einen äußeren Statorkern (10) mit elektrischen Wicklungen (28), und
- einen separaten inneren Statorkern (30), der innerhalb des äußeren Statorkerns (10) angeordnet und zur Aufnahme des Rotors (110) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der äußere Statorkern (10) einen ersten Innendurchmesser (16) definiert, der derart dimensioniert ist, dass eine Lagereinheit (134) des Elektromotors (100) durch den äußeren Statorkern (10) hindurchführbar ist, und
- dass ein Außendurchmesser (32) des inneren Statorkerns (30) im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser (16) entspricht, wobei der innere Statorkern (30) ausgelegt ist, im Betrieb einen magnetischen Flusspfad in radialer Richtung (24) zu verlängern.
2. Statoranordnung (1) nach Ausführungsform 1, wobei der äußere Statorkern (10) einen radial äußeren Statorring (12) und eine Mehrzahl an Statorzähnen (14) umfasst, die in Umfangsrichtung (26) verteilt von dem Statorring (12) radial nach innen ragen und den ersten Innendurchmesser (16) definieren.
3. Statoranordnung (1) nach Ausführungsform 2, wobei der äußere Statorkern (10) weiterhin eine Mehrzahl an Nuten (18) umfasst, die jeweils zwischen benachbarten Statorzähnen (14) gebildet sind, und wobei die elektrischen Wicklungen (28) in den Nuten (18) angeordnet sind.
4. Statoranordnung (1) nach Ausführungsform 3, wobei der äußere Statorkern (10) zusammen mit den elektrischen Wicklungen (28) zu einer äußeren Statorgruppe vergossen ist.
5. Statoranordnung (1) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der innere Statorkern (30) eine Mehrzahl an Statorzahnverlängerungen (34) umfasst, die in Umfangsrichtung (26) verteilt angeordnet sind und sich von dem Außendurchmesser (32) zu einem zweiten Innendurchmesser (36) erstrecken.
6. Statoranordnung (1) nach Ausführungsform 5, wobei in Umfangsrichtung (26) zwischen benachbarten Statorzahnverlängerungen (34) Schmiermittelkanäle (38) mit radial innenliegenden Kanalöffnungen (39) ausgebildet sind.
7. Statoranordnung (1) nach irgendeiner der Ausführungsformen 5 oder 6, weiterhin umfassend einen mit dem inneren Statorkern (30) verbundenen Haltering (40), der angeordnet und konfiguriert ist, die Statorzahnverlängerungen (34) in Umfangsrichtung (26) verteilt am Außendurchmesser (32) zu halten.
8. Statoranordnung (1) nach Ausführungsform 7, wobei der Haltering (40) aus einem nicht-ferritischen Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, und optional, wobei der innere Statorkern (30) mit einem Kunststoffmaterial umspritzt ist, um den Haltering (40) zu bilden.
9. Statoranordnung (1) nach irgendeiner der Ausführungsformen 7 oder 8, wobei der innere Statorkern (30) aus einem Blechpaket gefertigt ist und wobei radial innere Enden der Statorzahnverlängerungen (34) zumindest eines Bleches des Blechpaktes in Umfangsrichtung (26) durch Haltestege (42) verbunden sind, um eine Orientierung der Statorzahnverlängerungen (34) zwischen dem Außendurchmesser (32) und dem zweiten Innendurchmesser (36) zu gewährleisten.
10. Statoranordnung (1) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 3, wobei an radial inneren Enden der Statorzähne (14) jeweils ein Polschuh (15) zur Rückhaltung der elektrischen Wicklungen (28) in den Nuten (18) ausgebildet ist.
11. Statoranordnung (1) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wenn zumindest abhängig von Ausführungsform 5, wobei an radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen (34) jeweils ein innerer Polschuh (35) und/oder an radial äußeren Enden der Statorzahnverlängerungen (34) jeweils ein äußerer Polschuh (33) ausgebildet ist.
12. Statoranordnung (1) nach Ausführungsform 10 und 11, wobei die Polschuhe (15) der Statorzähne (14) eine größere Breite in Umfangsrichtung (26) aufweisen als die äußeren Polschuhe (33) der Statorzahnverlängerungen (34).
13. Statoranordnung (1) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen, wobei der äußere Statorkern (10) und/oder der innere Statorkern (30) aus laminierten Schichten aus einem ferritischen Material, insbesondere einem Eisenmaterial zusammengebaut sind.
14. Elektromotor (100) für eine Aufladevorrichtung (200) oder für eine Antriebseinheit umfassend:
- ein Gehäuse (140),
- einen Gehäusedeckel (150),
- einen Rotor (110) mit einer Welle (120) und einem auf der Welle (120) befestigten elektromagnetisch aktivem Element (112),
- eine erste Lagereinheit (132), die in einer Lagerbohrung (142) des Gehäusedeckels (150) auf einer Seite des Rotors (110) aufgenommen ist und eine zweite Lagereinheit (134), die in einer Lagerbohrung (144) des Gehäuses (140) auf einer gegenüberliegenden Seite des Rotors (110) aufgenommen ist,
- gekennzeichnet durch eine Statoranordnung (1) nach irgendeiner der vorangehenden Ausführungsformen.
15. Elektromotor (100) nach Ausführungsform 14, wobei die Lagerbohrung (144) der zweiten Lagereinheit (132) von einer ringförmigen Wand (145) des Gehäuses (140) umgeben wird und, wobei der äußere Statorkern (10) radial außerhalb der ringförmigen Wand (145) im Gehäuse (140) angeordnet ist.
16. Elektromotor (100) nach Ausführungsform 15, wobei der erste Innendurchmesser (16) zumindest gleich oder größer als ein Außendurchmesser der ringförmigen Wand (145) ist.
17. Elektromotor (100) nach irgendeiner der Ausführungsformen 14 bis 16, wobei der äußere Statorkern (10) im Gehäuse (140) vergossen ist.
18. Aufladevorrichtung (200) für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle umfassend einen Verdichter mit einem Verdichterrad (212), das drehbar in einem Verdichtergehäuse angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen Elektromotor nach irgendeiner der Ausführungsformen 14 bis 17, wobei das Verdichterrad (212) drehfest mit der Welle (120) an einem ersten Wellenende (121) verbunden ist.
19. Aufladevorrichtung (200) nach Ausführungsform 18, weiterhin umfassend eine Turbine mit einem Turbinenrad (222), das drehbar in einem Turbinengehäuse angeordnet ist, wobei das Turbinenrad (222) drehfest mit der Welle (120) an einem zweiten dem ersten Wellenende (121) axial gegenüberliegenden Wellenende (123) verbunden ist.
20. Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors (100) für eine Aufladevorrichtung (200) oder für eine Antriebseinheit umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Gehäuses (140) mit einer zentralen Gehäuseöffnung (148),
- Bereitstellen eines gewickelten äußeren Statorkerns (10) mit einem ersten Innendurchmesser (16),
- Bereitstellen eines inneren Statorkerns (30),
- Einbringen des gewickelten äußeren Statorkerns (10) in das Gehäuse (140) durch die zentrale Gehäuseöffnung (148),
- Einbringen des inneren Statorkerns (30) in das Gehäuse (140) durch die zentrale Gehäuseöffnung (148), und danach
- Einbringen eines Rotors (110) und Verschließen der zentralen Gehäuseöffnung (148) mit einem Gehäusedeckel (150) in dem eine erste Lagereinheit (132) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- nach dem Schritt des Einbringens des gewickelten äußeren Statorkerns (10) und vor dem Schritt des Einbringens des inneren Statorkerns (30), eine zweite Lagereinheit (134) durch die zentrale Gehäuseöffnung (148) und durch den gewickelten äußeren Statorkern (10) hindurchgeführt und in einer Lagerbohrung (144) angeordnet wird, die von einer ringförmigen Wand (145) des Gehäuses (140) gebildet wird.
21. Verfahren nach Ausführungsform 20, wobei der äußere Statorkern (10) bereitgestellt wird durch:
- Stanzen eines äußeren Statorrings (12) mit radial nach innen ragenden Statorzähnen (14) aus Eisenblechen,
- Stapeln der gestanzten Eisenbleche zu einem Eisenblechpaket, und Anbringen von axialen Deckblechen.
22. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 20 oder 21, wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) bereitgestellt wird durch:
- Einlegen von Nutenisolationen (29a) in Nuten (18) des äußeren Statorkerns (10),
- Einbringen von elektrischen Wicklungen (28) in die Nuten (18), und
- Einbringen von Deckschiebern (29) in die Nuten (18) zwischen benachbarte Polschuhe (15) des äußeren Statorkerns (10).
23. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 20 bis 22, wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) vor dem Einbringen in das Gehäuse (140) in einer externen Form vergossen wird und dann in dem Gehäuse (140) befestigt wird, insbesondere in das Gehäuse (140) eingeklebt wird.
24. Verfahren nach Ausführungsform 23, wobei die externe Form einen Innenzylinder und einen äußeren Hohlzylinder umfasst, und wobei ein Außendurchmesser des Innenzylinders im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser (16) entspricht und ein Innendurchmesser des äußeren Hohlzylinders im Wesentlichen einem Außendurchmesser des gewickelten äußeren Statorkerns (10) entspricht.
25. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 20 bis 22, wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) beim Einbringen in einer ringförmigen Vertiefung (146) des Gehäuses (140) platziert wird, die die ringförmige Wand (145) radial nach außen umgibt, und wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) dann in dieser Platzierung im Gehäuse (140) vergossen wird.
26. Verfahren nach Ausführungsform 25, wobei nach dem Platzieren und vor dem Vergießen, ein zylindrischer Gussdorn (160) an eine Stirnfläche (145a) der ringförmigen Wand (145) angelegt wird, wobei ein Außendurchmesser des zylindrischen Gussdorns (160) im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser (16) entspricht.
27. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 oder 26, wobei das Gehäuse (140) für das Vergießen mit der zentralen Gehäuseöffnung (148) im Wesentlichen entgegen der Schwerkraft orientiert ist.
28. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 27, wobei das Vergießen unter Vakuum durchgeführt wird.
29. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 28, wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) durch Einbringen von Vergussmaterial in das Gehäuse (140) durch die zentrale Gehäuseöffnung (148) vergossen wird.
30. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 25 bis 28, wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) durch Einbringen von Vergussmaterial in das Gehäuse (140) durch eine von der zentralen Gehäuseöffnung (148) separate Öffnung (149) vergossen wird, und optional, wobei Vergussmaterial in einen der separaten Öffnung radial gegenüberliegenden Trichter (164) aufsteigen kann und durch dem Einbringen sich anschließendes Belüften zurück in das Gehäuse (140) gepresst wird.
31. Verfahren nach Ausführungsform 30, wobei die separate Öffnung (149) auf einer bezüglich der zentralen Gehäuseöffnung (148) axial gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (140) angeordnet ist.
32. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 30 oder 31, wobei Vergussmaterial so lange durch die separate Öffnung (149) in das Gehäuses (140) eingebracht wird, bis ein vorbestimmter Gegendruck erreicht wird.
33. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 29 oder 32, wobei als Vergussmaterial Harz, insbesondere Epoxidharz verwendet wird, welches optional mit wärmeleitfördernden Füllstoffen versehen ist.
34. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 20 bis 33, wobei der innere Statorkern (30) bereitgestellt wird durch:
- Stanzen einzelner Statorzahnverlängerungen (34) aus Eisenblechen,
- Ringförmiges Anordnen und Stapeln der gestanzten Eisenbleche zu einem Eisenblechpaket mit einem Außendurchmesser (32) und einem zweiten Innendurchmesser (36), und
- Umspritzen des Eisenblechpakets mit einem Kunststoffmaterial, um einen Haltering (40) zu formen, so dass zwischen benachbarten Statorzahnverlängerungen (34) in einem radial inneren Bereich Schmiermittelkanäle (38) mit in radialer Richtung (24) nach innen öffnenden Kanalöffnungen (39) ausgebildet bleiben.
35. Verfahren nach Ausführungsform 34, wobei die Statorzahnverlängerungen (34) zwischen dem Außendurchmesser (32) und dem zweiten Innendurchmesser (36) aus den Eisenblechen gestanzt werden.
36. Verfahren nach Ausführungsform 35, wobei zumindest ein Eisenblech derart ausgestanzt wird, dass radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen (34) in Umfangsrichtung (26) durch Haltestege (42) verbunden sind.
37. Verfahren nach irgendeiner der Ausführungsformen 35 oder 36, wobei die Eisenbleche derart ausgestanzt werden, dass an radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen (34) jeweils ein innerer Polschuh (35) und/oder an radial äußeren Enden der Statorzahnverlängerungen (34) jeweils ein äußerer Polschuh (33) ausgebildet ist.

Bezugszeichenliste

1: Statoranordnung
1b: Einteilige Statoranordnung
10: Äußerer Statorkern
12: Statorring
14: Statorzähne
15: Polschuh
16: Erster Innendurchmesser
18: Nuten
19: Nutöffnung
22: Axiale Richtung
24: Radiale Richtung
26: Umfangsrichtung
28: Wicklungen
29: Deckschieber
29a: Nutenisolation
30: Innerer Statorkern
32: Außendurchmesser
33: Äußerer Polschuh
34: Statorzahnverlängerungen
35: Innerer Polschuh
36: Zweiter Innendurchmesser
38: Schmiermittelkanal
39: Kanalöffnung
40: Haltering
42: Haltestege
100: Elektromotor
110: Rotor
112: Elektromagnetisch aktives Element
120: Welle
121: Erstes Wellenende
123: Zweites Wellenende
132: Erste Lagereinheit
134: Zweite Lagereinheit
134a: Außendurchmesser zweite Lagereinheit
140: Gehäuse (Lagergehäuse/Motorengehäuse)
142: Erste Lagerbohrung
144: Zweite Lagerbohrung
145: Ringförmige Wand
145a: Stirnfläche
146: Ringförmige Vertiefung
148: Zentrale Gehäuseöffnung
149: Separate Öffnung
149a: Erste Leitung
149b: Zweite Leitung
150: Gehäusedeckel
160: Gussdorn
161: Vergussdeckel
162: Erster Trichter
164: Zweiter Trichter
200: Aufladevorrichtung
212: Verdichterrad
222: Turbinenrad

Claims

Statoranordnung (1) für einen Elektromotor (100) mit innenliegendem Rotor (110) umfassend: einen äußeren Statorkern (10) mit elektrischen Wicklungen (28), und einen separaten inneren Statorkern (30), der innerhalb des äußeren Statorkerns (10) angeordnet und zur Aufnahme des Rotors (110) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Statorkern (10) einen ersten Innendurchmesser (16) definiert, der derart dimensioniert ist, dass eine Lagereinheit (134) des Elektromotors (100) durch den äußeren Statorkern (10) hindurchführbar ist, und dass ein Außendurchmesser (32) des inneren Statorkerns (30) im Wesentlichen dem ersten Innendurchmesser (16) entspricht, wobei der innere Statorkern (30) ausgelegt ist, im Betrieb einen magnetischen Flusspfad in radialer Richtung (24) zu verlängern.
Statoranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der äußere Statorkern (10) einen radial äußeren Statorring (12) und eine Mehrzahl an Statorzähnen (14) umfasst, die in Umfangsrichtung (26) verteilt von dem Statorring (12) radial nach innen ragen und den ersten Innendurchmesser (16) definieren.
Statoranordnung (1) nach Anspruch 2, wobei der äußere Statorkern (10) weiterhin eine Mehrzahl an Nuten (18) umfasst, die jeweils zwischen benachbarten Statorzähnen (14) gebildet sind, und wobei die elektrischen Wicklungen (28) in den Nuten (18) angeordnet sind.
Statoranordnung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei der innere Statorkern (30) eine Mehrzahl an Statorzahnverlängerungen (34) umfasst, die in Umfangsrichtung (26) verteilt angeordnet sind und sich von dem Außendurchmesser (32) zu einem zweiten Innendurchmesser (36) erstrecken.
Statoranordnung (1) nach Anspruch 4, wobei in Umfangsrichtung (26) zwischen benachbarten Statorzahnverlängerungen (34) Schmiermittelkanäle (38) mit radial innenliegenden Kanalöffnungen (39) ausgebildet sind.
Statoranordnung (1) nach irgendeinem der Ansprüche 4 oder 5, weiterhin umfassend einen mit dem inneren Statorkern (30) verbundenen Haltering (40), der angeordnet und konfiguriert ist, die Statorzahnverlängerungen (34) in Umfangsrichtung (26) verteilt zu halten.
Statoranordnung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn zumindest abhängig von Anspruch 3, wobei an radial inneren Enden der Statorzähne (14) jeweils ein Polschuh (15) zur Rückhaltung der elektrischen Wicklungen (28) in den Nuten (18) ausgebildet ist.
Statoranordnung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wenn zumindest abhängig von Anspruch 4, wobei an radial inneren Enden der Statorzahnverlängerungen (34) jeweils ein innerer Polschuh (35) und/oder an radial äußeren Enden der Statorzahnverlängerungen (34) jeweils ein äußerer Polschuh (33) ausgebildet ist.
Statoranordnung (1) nach Anspruch 7 und 8, wobei die Polschuhe (15) der Statorzähne (14) eine größere Breite in Umfangsrichtung (26) aufweisen als die äußeren Polschuhe (33) der Statorzahnverlängerungen (34).
Elektromotor (100) für eine Aufladevorrichtung (200) oder für eine Antriebseinheit umfassend: ein Gehäuse (140), einen Gehäusedeckel (150), einen Rotor (110) mit einer Welle (120) und einem auf der Welle (120) befestigten elektromagnetisch aktivem Element (112), eine erste Lagereinheit (132), die in einer Lagerbohrung (142) des Gehäusedeckels (150) auf einer Seite des Rotors (110) aufgenommen ist und eine zweite Lagereinheit (134), die in einer Lagerbohrung (144) des Gehäuses (140) auf einer gegenüberliegenden Seite des Rotors (110) aufgenommen ist, gekennzeichnet durch eine Statoranordnung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche.
Elektromotor (100) nach Anspruch 10, wobei der äußere Statorkern (10) im Gehäuse (140) vergossen ist.
Aufladevorrichtung (200) für einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle umfassend einen Verdichter mit einem Verdichterrad (212), das drehbar in einem Verdichtergehäuse angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen Elektromotor nach irgendeinem der Ansprüche 10 oder 11, wobei das Verdichterrad (212) drehfest mit der Welle (120) an einem ersten Wellenende (121) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektromotors (100) für eine Aufladevorrichtung (200) oder für eine Antriebseinheit umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Gehäuses (140) mit einer zentralen Gehäuseöffnung (148), Bereitstellen eines gewickelten äußeren Statorkerns (10) mit einem ersten Innendurchmesser (16), Bereitstellen eines inneren Statorkerns (30), Einbringen des gewickelten äußeren Statorkerns (10) in das Gehäuse (140) durch die zentrale Gehäuseöffnung (148), Einbringen des inneren Statorkerns (30) in das Gehäuse (140) durch die zentrale Gehäuseöffnung (148), und danach Einbringen eines Rotors (110) und Verschließen der zentralen Gehäuseöffnung (148) mit einem Gehäusedeckel (150) in dem eine erste Lagereinheit (132) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Einbringens des gewickelten äußeren Statorkerns (10) und vor dem Schritt des Einbringens des inneren Statorkerns (30), eine zweite Lagereinheit (134) durch die zentrale Gehäuseöffnung (148) und durch den gewickelten äußeren Statorkern (10) hindurchgeführt und in einer Lagerbohrung (144) angeordnet wird, die von einer ringförmigen Wand (145) des Gehäuses (140) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) im Gehäuse (140) vergossen wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 13 oder 14, wobei der gewickelte äußere Statorkern (10) durch Einbringen von Vergussmaterial in das Gehäuse (140) durch eine von der zentralen Gehäuseöffnung (148) separate Öffnung (149) vergossen wird, und optional, wobei Vergussmaterial so lange durch die separate Öffnung (149) in das Gehäuses (140) eingebracht wird, bis ein vorbestimmter Gegendruck erreicht wird.