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Title:
ELECTRICAL MACHINE AND VEHICLE COMPRISING AN ELECTRICAL MACHINE OF THIS KIND
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/166334
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrical machine comprising a rotor (1) with a plurality of winding slots (4) in which wire windings (6) are arranged, wherein a pair of covering slides (10, 11) is associated with each winding slot (4), wherein each covering slide (10, 11) has a closure wall (14, 15), and the closure walls (14, 15) of the pairs (10, 11) of covering slides close the winding slots (4) which are associated with them on that side of said winding slots which faces radially outward, wherein mutually facing longitudinal ends of the closure walls (14, 15) of the same pair (10, 11) of covering slides overlap in the assembled state in such a way that the closure walls (14, 15) of the same pair (10, 11) of covering slides overlap only in sections. The invention also relates to a motor vehicle having an electrical machine of this kind.

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Inventors:
RIENECKER, Thorsten (Lahntalstrasse 19, München, 80995, DE)
SCHLAG, Philipp (Zeppelinstr. 5, München, 81541, DE)
ECKSTEIN, Nicolas (Luisenstraße 62, München, 80798, DE)
Application Number:
EP2019/054404
Publication Date:
September 06, 2019
Filing Date:
February 22, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
H02K3/487
Foreign References:
JP2017200343A2017-11-02
DE10300796A12004-07-22
US3719988A1973-03-13
US20080203844A12008-08-28
US20150028711A12015-01-29
Other References:
None
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Claims:
Ansprüche

1. Elektrische Maschine mit

einem Rotor (1 ) mit mehreren Wickelnuten (4) in denen

Drahtwicklungen (6) angeordnet sind, wobei jeder Wickelnut (4) ein Paar

Deckschieber (10, 1 1 ) zugeordnet ist, wobei jeder Deckschieber (10, 1 1 ) eine Verschlusswand (14, 15) aufweist und die Verschlusswände (14, 15) der Deckschieberpaare (10, 1 1 ) die ihnen zugeordneten Wickelnuten (4) an ihrer radial nach Außen weisenden Seite verschließen, wobei sich einander zugewandte Längsenden der Verschlusswände (14, 15) desselben

Deckschieberpaars (10, 11 ) im montierten Zustand überlappen, derart dass sich die Verschlusswände (14, 15) desselben Deckschieberpaars (10, 11 ) nur abschnittsweise überlappen. 2. Elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 , wobei die Verschlusswände

(14, 15) eines Deckschieberpaars (10, 1 1 ) jeweils einen ersten

Längsabschnitt (18, 19) und einen zweiten Längsabschnitt (20, 21 ) aufweisen, wobei der zweite Längsabschnitt (20, 21 ) eine geringere maximale Dicke hat als der erste Längsabschnitt (18, 19), gemessen entlang einer Radialrichtung des Rotors (1 ), und wobei die jeweils zweiten

Längsabschnitte (20, 21 ) eines Deckschieberpaars (10, 1 1 ) einander zugewandt sind.

3. Elektrische Maschine gemäß Anspruch 2, wobei im montierten Zustand des Deckschieberpaars (10, 11 ) sich die zweiten Längsabschnitte (20, 21 ) eines Deckschieberpaars (10, 1 1 ) abschnittsweise überlappen und im sich überlappenden Bereich eine Dicke der beiden zweiten

Längsabschnitte (20, 21 ) zusammen nicht größer als 1 10% der maximalen Dicke der ersten Längsabschnitte (18, 19) ist, gemessen entlang einer Radialrichtung des Rotors (1 ).

4. Elektrische Maschine gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei sich die Verschlusswand (14, 15) am Übergang vom ersten Längsabschnitt (18, 19) zum zweiten Längsabschnitt (20, 21 ) mit einer Hälfte des Querschnitts des ersten Längsabschnitts (18, 19) in den zweiten Längsabschnitt (20, 21 ) fortsetzt.

5. Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschlusswand (14, 15) jedes Deckschiebers (10, 11 ) einen quaderförmigen Querschnitt hat.

6. Elektrische Maschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschieber (10, 11 ) jeweils zwei Seitenwände (16wi) aufweisen, die sich von der Verschlusswand (14, 15) in die Wickelnut (4) hinein erstrecken und auf der von der Verschlusswand (14, 15) abgewandten Seite miteinander verbunden sind.

7. Elektrische Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Deckschieber (10, 1 1 ) jeweils eine Seitenwand aufweisen, welche im

Querschnitt, senkrecht zur Längsrichtung der Deckschieber (10, 1 1 ), an beiden Enden mit der Verschlusswand (14, 15) verbunden ist und sich dazwischen bogenförmig in die Wickelnut (4) hinein erstreckt.

8. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.

Description:
ELEKTRISCHE MASCHINE UND FAHRZEUG MIT EINER SOLCHEN

MASCHINE

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit in Wickelnuten

gewickelten Drahtwicklungen und Deckschiebern, welche die Wickelnuten verschließen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Rotorbleche aufeinander zu stapeln, um auf diese Weise ein Blechpaket auszubilden, welches einen Rotorkern bildet. Dieses Blechpaket hat in Axialrichtung verlaufende Wickelnuten, die radial nach Außen offen sind. In die Wickelnuten werden Drahtwicklungen eingebracht. Nachdem die Wickelnuten mit Deckschiebern verschlossen sind, werden die Drahtwicklungen umspritzt, wobei auch Zwischenräume in den Wickelnuten mit Imprägniermaterial gefüllt werden. Beim Umspritzen wird der Rotor von einem Vitonring umgeben, der verhindern soll, dass die Außenflächen des Blechpaket mit Imprägniermaterial bedeckt werden, sondern das Imprägniermaterial vielmehr ins Innere des Blechpakets, d.h. in die Wickelnuten geführt wird.

Bei einem derartigen Herstellungsverfahren hat das Blechpaket des Rotors üblicherweise eine Längentoleranz von plus/minus einer Blechdicke. Die Deckschieber zum Verschließen der Wickelnuten sind jedoch mit einer bestimmten Länge gefertigt, so dass durch die Toleranz der Blechpaketlänge ein Luftspalt am Längsende der Deckschieber entstehen konnte. Dies kann dazu führen, dass der Vitonring der hohen Belastung beim

Spritzgussverfahren nicht standhält und nach außen gedrückt wird. Was wiederum dazu führt, dass Imprägniermaterial auf der Außenfläche des Blechpakets anhaftet. Dies ist unerwünscht und führt zu erhöhtem

Arbeitsaufwand, beispielsweise um diesen wieder zu entfernen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine elektrische Maschine bereitgestellt, mit einem Rotor mit mehreren Wickelnuten in denen Drahtwicklungen angeordnet sind, wobei jeder Wickelnut ein Paar

Deckschieber zugeordnet ist, wobei jeder Deckschieber eine

Verschlusswand aufweist und die Verschlusswände der Deckschieberpaare die ihnen zugeordneten Wickelnuten an ihrer radial nach Außen weisenden Seite verschließen, wobei sich einander zugewandte Längsenden der Verschlusswände desselben Deckschieberpaars im montierten Zustand überlappen, derart dass sich die Verschlusswände desselben

Deckschieberpaars nur abschnittsweise überlappen. Dieses

Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass durch die sich überlappenden Deckschieber eines Paars eine Variabilität bzgl. der Gesamtlänge eines Deckschieberpaars geschaffen wird, welche in Übereinstimmung zur Länge der toleranzbehafteten Wickelnut gebracht werden kann. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Gesamtlänge eines Deckschieberpaars einstellbar. Der Luftspalt an den Längsenden der Deckschieber wird durch dieses Konzept geschlossen. Die Bildung eines Luftspalts an den Längsenden des

Deckschieberpaars wird somit unterbunden, so dass kein Imprägniermaterial austreten kann. Die Vorteile lassen sich somit mit dem Erreichen einer radialen Dichtheit des Rotors beim Umspritzen und einem möglichen Wegfall eines teuren Vitonrings zusammenfassen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Verschlusswände eines Deckschieberpaars jeweils einen ersten

Längsabschnitt und einen zweiten Längsabschnitt auf, wobei der zweite Längsabschnitt eine geringere maximale Dicke hat als der erste

Längsabschnitt, gemessen entlang einer Radialrichtung des Rotors, und wobei die jeweils zweiten Längsabschnitte eines Paars einander zugewandt sind.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrische Maschine so ausgebildet, dass im montierten Zustand des

Deckschieberpaars sich die zweiten Längsabschnitte eines

Deckschieberpaars abschnittsweise überlappen und im sich überlappenden Bereich eine Dicke der beiden zweiten Längsabschnitte zusammen nicht größer als 1 1 0% der maximalen Dicke der ersten Längsabschnitte ist, gemessen entlang einer Radialrichtung des Rotors.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrische Maschine so ausgebildet, dass sich die Verschlusswand am Übergang vom ersten Längsabschnitt zum zweiten Längsabschnitt im Wesentlichen mit einer Hälfte des Querschnitts des ersten Längsabschnitts in den zweiten Längsabschnitt fortsetzt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die

Verschlusswand jedes Deckschiebers einen quaderförmigen Querschnitt (senkrecht zur Längsrichtung des Deckschiebers).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrische Maschine so ausgebildet, dass die Deckschieber jeweils zwei Seitenwände aufweisen, die sich von der Verschlusswand in die Wickelnut hinein erstrecken und auf der von der Verschlusswand abgewandten Seite miteinander verbunden sind. Dies dient einerseits der Füllung des Hohlraums in der Wickelnut nach dem Einbringen der Drahtwicklung und andererseits stützen die Seitenwände die Drahtwicklung während diese umspritzt wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die elektrische Maschine so ausgebildet, dass die Deckschieber jeweils eine Seitenwand aufweisen, welche im Querschnitt, senkrecht zur Längsrichtung der

Deckschieber, an beiden Enden mit der Verschlusswand verbunden ist und sich dazwischen bogenförmig in die Wickelnut hinein erstreckt. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer elektrischen Maschine bereit.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt schematisch einen Rotor einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Figur 2 zeigt schematisch einen Querschnitt A-A durch den Rotor aus

Figur 1 ;

Figur 3 zeigt eine Detailansicht eines Ausschnittes aus Figur 2, welche schematisch einen Querschnitt durch eine Wickelnut samt Deckschieber zeigt;

Figur 4 zeigt eine Deckschieberbaugruppe des Rotors aus Fig. 1 ; Figur 5a zeigt schematisch Abschnitte eines Deckschieberpaars, und

Figur 5b zeigt schematisch das Deckschieberpaar aus Fig. 5a in einem sich überlappenden Zustand. Die Figuren 1 bis 3 zeigen schematisch einen Rotor 1 sowie Details dieses Rotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Maschine kann ein Elektromotor oder ein Generator sein. Der Rotor 1 hat einen Rotorkörper 2 und eine sich durch diesen zentral erstreckende Rotorwelle 3. Der Rotorkörper 2 ist aus Rotorblechen

aufgebaut, die entlang einer Axialrichtung (d.h. entlang der Längsrichtung der Rotorwelle 3) aufeinander gestapelt sind. Der auf diese Weise ausgebildete Blechstapel, welcher den Rotorkörper 2 bildet, weist mehrere, sich axial, über die gesamte Länge des Blechstapels verlaufende und sich durch den

Blechstapel erstreckende Wickelnuten 4 auf, die über Wickelnutöffnungen 5 (siehe Fig. 2) radial nach Außen über ihre gesamte Länge offen sind. Über die Wickelnutöffnungen 5 kann ein Wickeldraht in die Wickelnuten 4 gewickelt werden, um den Rotor mit Drahtwicklungen 6 zu versehen.

Genauer ist zwischen zwei in Umfangsrichtung des Rotors 1 benachbarten Wickelnuten 4 jeweils ein Polkern 7 mit einem radial daran befindlichem Polschuh 8 ausgebildet (siehe insb. Fig. 2), wobei Polkern 7 und Polschuh 8 einstückig, insbesondere monolithisch ausgebildet sind. Jede Drahtwicklung 6 ist um einen Polkern 7 gewickelt. Der Polschuh 8 überspannt den Polkern 7 und die um diesen gewickelte Drahtwicklung 6. Zwischen zwei in

Umfangsrichtung des Rotors 1 benachbarten Polschuhen 8 verläuft jeweils eine Wickelnutöffnung 5, die sich von einem Längsende des Rotorkörpers 2 zum anderen Längsende des Rotorkörpers 2 erstreckt. Nachdem der Rotorkörper 2 mit den Drahtwicklungen 6 versehen ist, werden die Wickelnutöffnungen 5 mit Paaren von Deckschiebern 10, 1 1

verschlossen (siehe insb. Fig. 2 und 3).

Die Deckschieber werden genauer unter Bezugnahme auf Fig. 4

beschrieben, welche eine Deckschieberbaugruppe darstellt. Die montierten Deckschieber sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Jedes Paar

Deckschieber 10, 1 1 ist einer Wickelnutöffnung 5 zugeordnet und umfasst einen ersten Deckschieber 10 und einen zweiten Deckschieber 1 1 , die an jeweils einem Längsende einander zugewandt sind. Die jeweils anderen Längsenden der Deckschieber 10, 1 1 sind mit Stützringen 12, 13 verbunden. Genauer ist das Längsende des ersten Deckschiebers 10 mit dem Stützring 12 und das Längsende des zweiten Deckschiebers 1 1 mit dem Stützring 13 einstückig, insbesondere monolithisch, verbunden. Die in Figur 4 dargestellte Deckschieberbaugruppe besteht somit aus einer oberen und einer unteren Hälfte, die jeweils einstückig, insbesondere monolithisch, ausgebildet ist. Die Deckschieber 10, 1 1 bzw. die Deckschieberbaugruppe ist vorzugsweise aus Duroplastmaterial. Dieses bietet eine eigene Steifigkeit, so dass die

Deckschieber beim Umspritzen der Drahtwicklungen 6 nicht aus ihren vorbestimmten Positionen gedrückt werden. Die Verwendung anderer Materialien, wie beispielsweise Thermoplast ist ebenfalls möglich. Jeder Deckschieber 10, 1 1 weist eine Verschlusswand 14, 15 auf, welche sich zwischen zwei in Umfangrichtung benachbarten Polschuhen 8 erstreckt und die Wickelnutöffnung 5 im Wesentlichen zur Hälfte (unterteilt bzgl. ihrer Längsrichtung) verschließt. Auf ihren nach Innen weisenden Seiten können die Verschlusswände 14, 15 optional mit einer oder mehreren Seitenwänden 16 versehen sein. Im Fall des in den Figuren 2 und 3 dargestellten

Ausführungsbeispiels weisen die Deckschieber 10, 1 1 jeweils zwei

Seitenwände 16 auf, die sich von der Verschlusswand 14, 15 in die

Wickelnut 4 hinein erstrecken und auf der von der Verschlusswand 14 abgewandten Seite miteinander verbunden sind. Die Verschlusswand 14 ist mit der/den Seitenwand/-wänden 16 einstückig, insbesondere monolithisch, ausgebildet. Ebenso wäre eine Ausführung möglich, bei der Deckschieber 10, 1 1 jeweils eine Seitenwand aufweisen, welche im Querschnitt, senkrecht zur Längsrichtung der Deckschieber 10, 1 1 , an beiden Enden mit der Verschlusswand 14, 15 verbunden ist und sich dazwischen bogenförmig in die Wickelnut 4 hinein erstreckt. Nachdem die Deckschieber 10, 1 1 montiert sind und die Wickelnutöffnungen 5 verschließen, wird in Zwischenräume 17, welche beispielsweise zwischen benachbarten Wickeldrahtabschnitten der Drahtwicklungen 6 sowie zwischen der Verschlusswand 14, 15 und der/den Seitenwand/-wänden 16 der

Deckschieber 10, 1 1 ausgebildet werden, Imprägniermaterial eingespritzt, welches diese Zwischenräume 17 möglichst vollständig ausfüilt. Als

Imprägniermaterial kann beispielsweise Harz, Thermoplast oder Duroplast verwendet werden. Das Einspritzen erfolgt dabei vorzugsweise an den Längsenden des Rotors 1.

Wie bereits beschrieben und wie aus den Figuren 5a und 5b gut ersichtlich ist, wird eine Wickelnutöffnung 5 nicht nur durch einen einzigen

Deckschieber verschlossen, sondern durch ein Deckschieberpaar 10, 1 1 , wobei sich die Deckschieber 10, 1 1 (nur) abschnittsweise überlappen.

Genauer weist jede Verschlusswand 14, 15 einen ersten Längsabschnitt 18, 19 und einen zweiten Längsabschnitt 20, 21 auf. Dabei sind die zweiten Längsabschnitte 20, 21 der Deckschieber 10, 1 1 eines Deckschieberpaars 10, 1 1 komplementär ausgebildet, so dass sie sich überlappen können, ohne dass deren gemeinsame Guerschnittsfläche (d.h. Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung der Deckschieber) wesentlich größer als die

Guerschnittsfläche der ersten Längsabschnitte 18, 19 ist. Die ersten

Längsabschnitte 18, 19 haben vorzugsweise eine Querschnittsfläche (jeder für sich alleine), die im Wesentlichen doppelt so groß wie die

Querschnittsfläche der zweiten Längsabschnitte 20, 21 (jeder für sich alleine) ist. Vorzugsweise sind die Querschnitte sowohl der ersten als auch der zweiten Längsabschnitte quaderförmig. Im montierten Zustand überlappen sich die zweiten Längsabschnitte 20, 21 zumindest abschnittsweise.

Vorzugsweise stößt der zweite Längsabschnitt 20 nicht an den ersten

Längsabschnitt 19, sondern es verbleibt ein gewisser Spalt. Ebenso stößt der zweite Längsabschnitt 21 vorzugsweise nicht an den ersten Längsabschnitt 18 an. Die SeitenwandZ-wände 16 sind entweder nur entlang der ersten Abschnitte 18, 19 vorgesehen oder sie erstrecken sich über die gesamte Deckschieberlänge und sind entlang des zweiten Längsabschnitts 20, 21 mit einer ähnlichen komplementären Überlappungsmöglichkeit ausgestattet wie die Verschlusswände 14, 15. Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem sich die Deckschieber eines Paars einfach überlappen, es ist aber selbstverständlich auch möglich, dass die Deckschieber eines Paares mehrfach verzahnt sind, analog einer Labyrinthdichtung. Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der

vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in

verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.