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DE10033424A1 - Electrical machine e.g. permanent synchronous machine in drive train of vehicle, has rotor held by carrier on shaft with system of guides in rotor and stator which are disengaged axially for rotary motion of electrical machine - Google Patents

Electrical machine e.g. permanent synchronous machine in drive train of vehicle, has rotor held by carrier on shaft with system of guides in rotor and stator which are disengaged axially for rotary motion of electrical machine

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Publication number
DE10033424A1
DE10033424A1 DE10033424A DE10033424A DE10033424A1 DE 10033424 A1 DE10033424 A1 DE 10033424A1 DE 10033424 A DE10033424 A DE 10033424A DE 10033424 A DE10033424 A DE 10033424A DE 10033424 A1 DE10033424 A1 DE 10033424A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
electrical machine
stator
shaft
machine according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10033424A
Other languages
German (de)
Inventor
Wolfgang Purretat
Norbert Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
Mannesmann Sachs AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann Sachs AG filed Critical Mannesmann Sachs AG
Priority to DE10033424A priority Critical patent/DE10033424A1/en
Priority to FR0108924A priority patent/FR2811488A1/en
Publication of DE10033424A1 publication Critical patent/DE10033424A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The rotor is held in its radial position exclusively by a carrier (3) fixed against rotation on the shaft (9). Rotor (5) and stator (11) have radial guides permitting axial sliding together. Guidance is disengaged on rotary motion of the electrical machine (1). An Independent claim is included for the corresponding mounting method.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere im Antriebsstrang ei­ nes Kraftfahrzeuges, und ein Verfahren zur Montage derselben.The invention relates to an electrical machine, in particular in the drive train egg motor vehicle, and a method of assembling the same.

Der Einsatz elektrischer Maschinen, insbesondere im Antriebsstrang von Kraftfahr­ zeugen, beispielsweise Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, ist bereits seit längerem bekannt. Einen weiteren Anwendungsfall stellen elektrische Maschinen dar, die als Startergeneratoren arbeiten und im motorischen Betrieb eine Verbren­ nungskraftmaschine starten können und im generatorischen Betrieb elektrische Energie für die elektrischen Verbraucher eines Fahrzeuges bereitstellen. In einer wei­ teren Funktion kann die elektrische Maschine im motorischen Betrieb mechanische Leistung an den Antriebsstrang des Fahrzeuges abgeben und somit zumindest zeit­ weise eine zur Verbrennungskraftmaschine zusätzliche Antriebsquelle darstellen.The use of electrical machines, especially in the drive train of motor vehicles witnesses, for example electric vehicles or hybrid vehicles, has already been around known for a long time. Another application is electrical machines that work as starter generators and burn in motor operation engine can start and in generator mode electrical Provide energy for the electrical consumers of a vehicle. In a white The electrical machine can perform mechanical functions in motor operation Deliver power to the drive train of the vehicle and thus at least time as an additional drive source to the internal combustion engine.

Eine elektrische Maschine verfügt allgemein über einen feststehenden Teil, der Sta­ tor oder Ständer genannt wird und über einen von diesem durch einen Luftspalt ge­ trennten umlaufenden Teil, der Rotor oder Läufer genannt wird. Der Rotor der elekt­ rischen Maschine steht beispielsweise in Wirkverbindung zu einer Welle des An­ triebsstranges, womit die elektrische Maschine die oben beschriebenen Funktionen wahrnehmen kann.An electrical machine generally has a fixed part, the Sta gate or stand is called and over one of these ge through an air gap separated circumferential part, which is called rotor or rotor. The rotor of the elect  The machine is, for example, operatively connected to a shaft of the An drive train, with which the electrical machine has the functions described above can perceive.

Für den sicheren Betrieb der elektrischen Maschine ist es notwendig, dass Rotor und Stator konzentrisch zueinander angeordnet sind und der radiale Abstand zwischen Rotor und Stator in Umfangsrichtung möglichst konstant ist. Des weiteren ist auch die axiale Positionierung von Rotor zu Stator sehr wichtig. Axiale Abweichungen von einem festgelegten Abstand haben durch die sich dadurch nicht mehr optimal über­ lappenden magnetischen Wechselwirkungsbereiche von Rotor und Stator Einbußen im Wirkungsgrad der elektrischen Maschine zur Folge. Bei Drehfeldmaschinen mit im Rotor und Stator angeordneten Funktionselementen eines Rotorlagegebers können Abweichungen des axialen Abstandes von Rotor und Stator zur Funktionsunfähigkeit der elektrischen Maschine führen.For the safe operation of the electrical machine it is necessary that the rotor and Stator are arranged concentrically to each other and the radial distance between The rotor and stator is as constant as possible in the circumferential direction. Furthermore is also the axial positioning from rotor to stator is very important. Axial deviations from a defined distance through which is no longer optimal overlapping magnetic interaction areas of rotor and stator losses in the efficiency of the electrical machine. In induction machines with Rotor and stator arranged functional elements of a rotor position sensor can Deviations in the axial distance from the rotor and stator to the inoperability of the electrical machine.

In der DE-OS 43 23 601 A1 ist in den Fig. 1 und 2 schematisch eine elektrische Maschine in einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges gezeigt, bei der Rotor und Stator unbestimmt zueinander gelagert sind. Der Rotor ist mittels einer Rotornabe drehfest mit einer Abtriebswelle und der Stator mit einem als Halterung dienenden Gehäuse eines Verbrennungsmotors verbunden. Es ist jedoch nicht offenbart, wie und durch welche Mittel eine sichere Lage von Rotor und Stator zueinander festge­ legt wird.In DE-OS 43 23 601 A1, an electrical machine in a drive train of a hybrid vehicle is shown schematically in FIGS. 1 and 2, in which the rotor and stator are mounted indefinitely with respect to one another. The rotor is connected in a rotationally fixed manner to an output shaft by means of a rotor hub and the stator is connected to a housing of an internal combustion engine which serves as a holder. However, it is not disclosed how and by which means a safe position of the rotor and stator is fixed to each other.

In der DE-OS 199 37 545 A1 ist in den Fig. 3 bis 5 eine in einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges angeordnete elektrische Maschine dargestellt. Der Stator ist dabei an einem Gehäuse einer Antriebseinheit befestigt und umfasst einen Lagerflansch, in welchem der Rotor mit mindestens einem Lager gelagert ist. Das Lager erfüllt in sicherer Weise die radiale und axiale Positionierung des Rotors zum Stator. Die kon­ zentrische Anordnung von Rotor und Stator gewährleistet damit auch einen in Um­ fangsrichtung konstanten Luftspalt dieser Baueinheiten. Die unmittelbare räumliche Zuordnung von Stator und Rotor wird in der zitierten Schrift nicht nur als vorteilhafte Maßnahme, sondern als Notwendigkeit für die sichere Funktion der elektrischen Ma­ schine im Antriebsstrang eines Fahrzeuges angesehen.In DE-OS 199 37 545 A1, an electrical machine arranged in a drive train of a vehicle is shown in FIGS. 3 to 5. The stator is fastened to a housing of a drive unit and comprises a bearing flange in which the rotor is mounted with at least one bearing. The bearing reliably fulfills the radial and axial positioning of the rotor in relation to the stator. The con centric arrangement of the rotor and stator thus also ensures a constant air gap in the circumferential direction of these structural units. The direct spatial assignment of stator and rotor is not only seen in the cited document as an advantageous measure, but as a necessity for the safe functioning of the electrical machine in the drive train of a vehicle.

Dennoch sind mit einem Lager auch prinzipielle Nachteile verbunden. So entstehen beim Betrieb des Lagers infolge der Eigenreibung Wärmeverluste, die auf andere Komponenten übergehen, diese in ihrer Funktion beeinträchtigen und sogar zum Ausfall dieser führen können. Eine elektrische Maschine, die in der Umgebung eines Lagers angeordnet ist, stellt eine Wärmesenke dar und kann die von diesem Lager abgegebene Reibungswärme aufnehmen. Dadurch erhöht sich die Temperatur die­ ser elektrischen Maschine, was zum einen zu einer thermische Belastung von tem­ peraturempfindlichen Bauteilen der elektrischen Maschine führt und zum weiteren den Wirkungsgrad dieser Maschine spürbar verschlechtern kann. Es ist auch nicht unerheblich, dass ein Lager eine zusätzliche und unerwünschte Masse in die elektri­ sche Maschine einbringt und auch Kosten verursacht.However, there are also fundamental disadvantages associated with a bearing. So arise heat loss during operation of the bearing due to internal friction, Override components, impair their function and even to Failure of this can result. An electrical machine operating in the environment of a Bearing is arranged, represents a heat sink and can of this bearing absorb the frictional heat emitted. This increases the temperature this electrical machine, which on the one hand leads to a thermal load of tem leads to temperature sensitive components of the electrical machine and further the efficiency of this machine can deteriorate noticeably. It is not irrelevant that a bearing an additional and undesirable mass in the electri machine and also generates costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerung einer elektrischen Maschine dahingehend zu verbessern, dass diese bei Wahrung der Betriebssicherheit kosten­ günstig ausgeführt wird.The invention has for its object the storage of an electrical machine to improve in that they cost while maintaining operational safety is carried out cheaply.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Rotor ausschließlich mit einem drehfest auf der Welle angeordneten Rotorträger in dessen radialer Positi­ on gehalten wird und dass Rotor und Stator radiale Führungsmittel aufweisen, wobei die die Führungsmittel aufweisenden Bereiche des Rotors und des Stators axial zu­ einander verschiebbar sind und sich die Führungsmittel bei einer Drehbewegung der elektrischen Maschine außer Eingriff befinden.According to the invention, the object is achieved in that the rotor only with a rotor carrier arranged in a rotationally fixed manner on the shaft in its radial position is held on and that the rotor and stator have radial guide means, wherein the areas of the rotor and the stator having the guide means axially are mutually displaceable and the guide means during a rotary movement of the electrical machine out of engagement.

Der Hauptvorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass durch die Anwen­ dung von sich während der Montage zeitweilig in Eingriff befindlichen Führungsmit­ teln die radiale Lage von Rotor zu Stator, auch nachdem die Führungsmittel bereits wieder außer Eingriff gebracht worden sind, festgelegt ist. Dabei bleibt die relative radiale Lage von Rotor und Stator erhalten. Bei der aufgezeigten Lösung kann des­ halb auf ein Lager, welches als Bestandteil der elektrischen Maschine Rotor und Sta­ tor zueinander ausrichtet, verzichtet werden. Somit kann auch keine von dem Lager ausgehende Reibungswärme entstehen, die auf die elektrische Maschine selbst oder auf etwaige weitere Funktionseinheiten übergehen und diese gefährden kann. Wei­ terhin ergibt sich für die elektrische Maschine eine bedeutende Gewichtsersparnis. Zusätzlich wird auch die Betriebssicherheit der elektrischen Maschine erhöht, da ein Ausfall dieser durch den Verschleiß des Lagers nunmehr ausgeschlossen ist. Durch den Wegfall des Lagers resultiert als weiterer Vorteil eine erhebliche Kosteneinspa­ rung.The main advantage of the proposed solution is that by the users of leadership personnel who are temporarily engaged during assembly the radial position from rotor to stator, even after the guide means have been disengaged again. The relative remains maintain radial position of rotor and stator. In the solution shown, the  half on a bearing, which is part of the electrical machine rotor and sta aligned with each other, to be dispensed with. So none of the warehouse outgoing frictional heat arise that on the electrical machine itself or can pass to any other functional units and endanger them. Wei Furthermore, there is a significant weight saving for the electrical machine. In addition, the operational safety of the electrical machine is increased as well Failure of this due to wear of the bearing is now excluded. By the elimination of the warehouse results in a further advantage of considerable cost savings tion.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfassen die radialen Führungsmittel Befestigungsmittel, die den Rotor und den Stator lösbar miteinander verbinden. Auf diese Weise kann die radiale Ausrichtung von Rotor zu Stator fixiert werden und die aus diesen beiden Komponenten bestehende Baueinheit in diesem Montagezustand sicher gelagert oder transportiert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the radial guide means comprise Fasteners that releasably connect the rotor and the stator together. On in this way the radial alignment from rotor to stator can be fixed and the assembly consisting of these two components in this assembled state be stored or transported safely.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung weisen Rotor und Stator als Führungs­ mittel jeweils mindestens eine axial verlaufende zylindrische Führungsfläche auf. Diese Führungsfläche lässt sich sehr einfach durch Drehen herstellen und die Forde­ rung einer konzentrischen Ausrichtung von Rotor und Stator ist bestens erfüllt.In a particularly advantageous embodiment, the rotor and stator have a guide medium each have at least one axially extending cylindrical guide surface. This guide surface can be produced very easily by turning and the Forde The concentric alignment of rotor and stator is optimally fulfilled.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Verbindung des Rotorträgers mit der Welle mittels eines Zahnradprofils. Durch diese Maßnahme wird eine hohe radiale Passgenauigkeit und ebenso eine leichte axiale Verschiebbarkeit von Rotor­ träger und Welle erreicht.In a further advantageous embodiment, the rotor carrier is connected with the shaft using a gear profile. Through this measure, a high radial fit and easy axial displacement of the rotor Carrier and shaft reached.

Mit Vorteil weist der Rotorträger radial innen eine Rotornabe mit mindestens einer zylindrisch verlaufenden Führungsfläche als Führungsmittel auf.The rotor carrier advantageously has a rotor hub with at least one radially on the inside cylindrical guide surface as a guide.

Zweckmäßigerweise weist die elektrische Maschine Sicherungsmittel zur Fixierung der axialen Lage des Rotors auf der Welle bei einer Bewegung auf. Damit ist der Vorteil verbunden, dass Rotor und Stator auch in axialer Richtung fest beabstandet sind. Von besonderer Bedeutung ist diese Ausgestaltung bei an Rotor und Stator angebrachten Funktionselementen eines Rotorlagegebers, dessen sichere Funktion nur bei einem im wesentlichen festen axialen Abstand von Rotor zum Stator gege­ ben ist.The electrical machine expediently has securing means for fixing the axial position of the rotor on the shaft when moving. So that's the  Advantage connected that the rotor and stator are also firmly spaced in the axial direction are. This configuration is particularly important for the rotor and stator attached functional elements of a rotor position encoder, its safe function only at a substantially fixed axial distance from the rotor to the stator ben is.

Vorteilhaft stellt die Welle eine Antriebswelle einer Antriebseinheit dar. Durch die ko­ axiale Anordnung einer Antriebseinheit und der elektrischen Maschine lässt sich ein sehr kompakt bauender Antriebsstrang realisieren.The shaft advantageously represents a drive shaft of a drive unit Axial arrangement of a drive unit and the electrical machine can be Realize a very compact drive train.

In Kombination mit dem vorstehenden Merkmal ist es vorteilhaft, das Gehäuse der Antriebseinheit als Halterung für den Stator zu benutzen. Somit kann auf eine zu­ sätzliche Halterung verzichtet werden, was ebenfalls einer kleinen Baugröße des Antriebsstrangs zugute kommt.In combination with the above feature, it is advantageous to the housing To use the drive unit as a holder for the stator. Thus, one can Additional bracket can be dispensed with, which is also a small size of the Drivetrain benefits.

Ebenso ist es günstig, wenn die Welle die Eingangswelle eines Getriebes darstellt. Auch hier ergibt sich durch die Kombination der elektrischen Maschine mit einem Getriebe ein axial kurz bauender Antriebsstrang.It is also favorable if the shaft represents the input shaft of a transmission. Here too, the combination of the electrical machine with a Gearbox an axially short drive train.

In letztgenannter Anordnung wird mit Vorteil als Halterung das Getriebegehäuse be­ nutzt.In the latter arrangement, the transmission housing is advantageously used as a holder uses.

Bei einer elektrischen Maschine, die ein Element eines Antriebsstrangs eines Kraft­ fahrzeuges darstellt, ist es von besonderem Vorteil, wenn der Rotor der elektrischen Maschine in Wirkverbindung mit einer koaxial zur Welle angeordneten Trennkupp­ lung steht. Damit kann beispielsweise im Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybrid­ fahrzeuges der Kraftfluss von der elektrischen Maschine auf die Antriebsräder z. B. nach Vorgabe des Fahrers zum Zweck des Anfahrens oder Schaltens unterbrochen und wiederhergestellt werden. In an electrical machine that is an element of a powertrain of a force Vehicle represents, it is particularly advantageous if the rotor of the electrical Machine in operative connection with a separating coupling arranged coaxially to the shaft lung stands. This can be used, for example, in the drive train of an electric or hybrid Vehicle the power flow from the electrical machine to the drive wheels z. B. interrupted at the driver's request for the purpose of starting or shifting and be restored.  

Mit Vorteil ist die elektrische Maschine eine permanenterregte Synchronmaschine in Außenläuferbauart. Eine derartige elektrische Maschine ist äußerst kompakt, sowie leistungs- und drehmomentstark, wodurch diese in besonderer Weise für den An­ triebsstrang eines Kraftfahrzeuges geeignet ist.The electrical machine is advantageously a permanently excited synchronous machine in Outer rotor type. Such an electrical machine is extremely compact, as well powerful and high torque, which makes them particularly suitable for the Drive train of a motor vehicle is suitable.

Das Verfahren zur Montage der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine umfasst vorteilhafterweise folgende Montageschritte:The method for assembling the electrical machine according to the invention comprises Advantageously, the following assembly steps:

Fügen des Rotors zum Stator, wobei deren radiale Ausrichtung zueinander durch die Führungsmittel festgelegt wird,
Joining the rotor to the stator, the radial alignment of which is determined by the guide means,

  • - Fügen der Baueinheit Stator/Rotor auf die Welle,- joining the stator / rotor assembly to the shaft,
  • - Verbinden des Stators mit der Halterung,- connecting the stator to the bracket,
  • - Außer Eingriff Bringen der Führungsmittel,Disengaging the guide means,
  • - Ausrichten des Rotors durch axiales Verschieben auf der Welle,- Alignment of the rotor by moving it axially on the shaft,
  • - Sichern des Rotors auf der Welle.- Secure the rotor on the shaft.

Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.The following description of the invention serves in connection with the Drawing of the detailed explanation.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Ma­ schine, die oberhalb der Welle in einem Montagezustand und unter­ halb der Welle im betriebsbereiten Zustand gezeigt ist. Fig. 1 is a sectional view of an electrical machine according to the invention, which is shown above the shaft in an assembled state and below half the shaft in the operational state.

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung einer elektrischen Maschi­ ne, in der als Führungsmittel axial verlaufende zylindrische Flächen dargestellt sind. Fig. 2 shows a detail of a sectional view of an electrical machine ne, in which axially extending cylindrical surfaces are shown as a guide means.

Fig. 3 eine Montagevorrichtung zur Vormontage einer aus einem Stator und einem Rotor bestehenden Baueinheit. Fig. 3 shows an assembly device for pre-assembly of a structural unit consisting of a stator and a rotor.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine 1, die ein Bestandteil eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges ist. Die elektrische Maschine 1 um­ fasst einen mit einem Rotorträger 3 verbundenen Rotor 5, der mittels einer Rotorna­ be 7 drehfest auf einer Welle 9 gelagert ist und einen Stator 11, der an einer Halte­ rung 13 befestigt ist. Die elektrische Maschine 1 kann je nach Erfordernis motorisch oder generatorisch betrieben werden. Der Rotor 5 kann sich beim Betrieb der elektri­ schen Maschine 1 oder durch ein von außen auf die Welle 9 wirkendes Drehmoment um den starr angebrachten Stator 5 drehen. Fig. 1 shows a sectional view of an electric machine 1 which is a component of a drive train of a motor vehicle. The electrical machine 1 comprises a rotor 5 connected to a rotor carrier 3 , which is rotatably mounted on a shaft 9 by means of a rotor 7 and a stator 11 which is attached to a holding device 13 . The electrical machine 1 can be operated as a motor or as a generator, as required. The rotor 5 can rotate during operation of the electrical machine 1 or by an external torque acting on the shaft 9 around the rigidly attached stator 5 .

Die Welle 9 stellt in dem gezeigten Beispiel die Eingangswelle eines Getriebes 15 und die Halterung 13 entsprechend das Gehäuse dieses Getriebes 15 dar. Als Ge­ triebe 15 kommen jegliche Arten von Getrieben in Betracht, beispielsweise mehrstu­ fige Handschaltgetriebe, Automatikgetriebe oder stufenlos verstellbare Getriebe. Die Welle 9 ist an zwei Stellen gelagert. Fig. 1 zeigt dazu ein erstes Lager 17 in einer statorseitig befindlichen Antriebseinheit 19, welches das Pilotlager in einem Kurbel­ wellenzapfen einer Verbrennungskraftmaschine darstellt, und ein zweites Lager 21 in dem rotorseitig befindlichen Getriebe 15, welche eine Abtriebseinheit darstellt.In the example shown, the shaft 9 represents the input shaft of a transmission 15 and the holder 13 correspondingly represents the housing of this transmission 15. As transmissions 15 , all types of transmissions come into consideration, for example multi-stage manual transmissions, automatic transmissions or continuously variable transmissions. The shaft 9 is supported in two places. Fig. 1 shows a first bearing 17 in a stator-side drive unit 19 , which represents the pilot bearing in a crankshaft journal of an internal combustion engine, and a second bearing 21 in the rotor-side gear 15 , which is an output unit.

Alternativ kann jedoch die elektrische Maschine 1 auch mit einer Antriebseinheit kombiniert sein, wobei der Rotor 5 der elektrischen Maschine 1 drehfest mit der Wel­ le der Antriebseinheit verbunden ist und die Halterung 13 des Stators 11 durch das Gehäuse der Antriebseinheit gebildet wird. Als Antriebseinheit kann z. B. jegliche Art von Verbrennungskraftmaschine oder elektrische Maschine fungieren.Alternatively, however, the electrical machine 1 can also be combined with a drive unit, the rotor 5 of the electrical machine 1 being connected in a rotationally fixed manner to the shaft of the drive unit and the holder 13 of the stator 11 being formed by the housing of the drive unit. As a drive unit z. B. any type of internal combustion engine or electrical machine.

Des weiteren besteht ebenso die Möglichkeit, den Kraftfluss von der elektrischen Maschine 1 zu einer Antriebs- oder Abtriebseinheit des Antriebsstranges durch eine auf der Welle 9 rotor- oder statorseitig angeordnete Trennkupplung je nach Vorgabe zu unterbrechen oder herzustellen. Die Anordnung sowie der Aufbau einer solchen als Anfahr- oder Schaltkupplung wirkenden Drehmomentübertragungseinheit sind beispielsweise aus der Kraftfahrzeugtechnik hinreichend bekannt, so dass auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann.Furthermore, there is also the possibility of interrupting or producing the flow of force from the electrical machine 1 to a drive or output unit of the drive train by means of a separating clutch arranged on the shaft 9 on the rotor or stator side, depending on the specification. The arrangement and construction of such a torque transmission unit, which acts as a starting or shift clutch, are sufficiently known, for example, from automotive engineering, so that a detailed description can be dispensed with.

Die in Fig. 1 beispielhaft gezeigte elektrische Maschine 1 stellt eine permanenterreg­ te Synchronmaschine in Außenläuferbauart dar. An deren Stelle könnte auch jede andere Art von elektrischer Maschine z. B. in Innenläufer-, Außenläufer-, Scheiben­ läufer- oder in einer sonstigen weiteren bekannten Bauart angeordnet sein. Die elektrische Maschine kann beispielsweise nach dem Synchron-, Asynchron- oder dem Reluktanzprinzip oder einem weiteren bekannten Prinzip arbeiten. Eine permanent­ erregte Synchronmaschine zeichnet sich bezüglich der radialen Anordnung von Ro­ tor 5 und Stator 11 durch einen gegenüber anderen Maschinentypen vergrößerten Luftspalt, der typischerweise 1-1,5 mm beträgt, aus, wodurch sich der erfinderische Gedanke besonders vorteilhaft realisieren lässt.The electrical machine 1 shown by way of example in FIG. 1 represents a permanent-magnet synchronous machine of the external rotor type. In its place, any other type of electrical machine could also be used. B. in the rotor, external rotor, disc rotor or be arranged in another other known type. The electrical machine can work, for example, according to the synchronous, asynchronous or reluctance principle or another known principle. A permanently excited synchronous machine is characterized in terms of the radial arrangement of the rotor 5 and the stator 11 by an enlarged air gap, which is typically 1-1.5 mm, compared to other machine types, which allows the inventive concept to be realized particularly advantageously.

Im folgenden soll detailliert die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Maschine 1, insbesondere die radiale und axiale Anordnung von Rotor 5 zu Stator 11, sowie deren Montage erläutert werden. In the following, the configuration of the electrical machine 1 according to the invention, in particular the radial and axial arrangement of the rotor 5 to the stator 11 , and the assembly thereof will be explained in detail.

Der Ausgangspunkt der Erfindung ist der Gedanke, Rotor 5 und Stator 11 der elekt­ rischen Maschine 1 unter Umgehung eines die beiden Teile verbindenden, dauerhaft montierten Lagers anzuordnen. An Stelle eines Lagers sieht die Erfindung an Rotor 5 und Stator 11 radiale Führungsmittel vor, wobei die die Führungsmittel aufweisen­ den Bereiche des Rotors 5 und des Stators 11 axial zueinander verschiebbar sind und sich die Führungsmittel bei einer Drehbewegung der elektrischen Maschine 1 außer Eingriff befinden.The starting point of the invention is the idea of arranging the rotor 5 and the stator 11 of the electrical machine 1 bypassing a permanently mounted bearing connecting the two parts. Instead of a bearing, the invention provides radial guide means on the rotor 5 and stator 11, the guide means having the regions of the rotor 5 and the stator 11 being axially displaceable with respect to one another and the guide means being disengaged when the electrical machine 1 rotates.

Als einen ersten Montageschritt sieht die Erfindung das Fügen des Rotors 5 zum Stator 11 vor, wobei deren radiale Ausrichtung zueinander durch in Eingriff zu brin­ gende Führungsmittel, festgelegt wird. Die Führungsmittel können dabei auf ver­ schiedenste Arten gestaltet sein.As a first assembly step, the invention provides for the joining of the rotor 5 to the stator 11 , the radial alignment of which is determined by guide means to be brought into engagement. The guide means can be designed in a variety of ways.

Als ein erstes Beispiel zeigt Fig. 1 in Rotor 5 und Stator 11 auf identischen Teilkrei­ sen angeordnete erste Öffnungen 25 und zweite Öffnungen 27, welche deckend ausgerichtet sind und diese Ausrichtung durch eine lösbare Verbindung, z. B. eine Schraubverbindung 29 sichert. Auf diese Weise sind Rotor 5 und Stator 11 zueinan­ der konzentrisch beabstandet und deren radiale Lage fixiert. Alternativ zu einer Schraubverbindung 29 kann ebenso eine Verbindung durch axial zur Welle 9 ange­ ordnete Stifte 31, ein zeichnerisch nicht dargestellter Bajonettverschluß oder ein ähnliches lösbares Befestigungsmittel zur radialen Zuordnung von Rotor 5 und Sta­ tor 11 angewandt werden.As a first example, Fig. 1 shows in rotor 5 and stator 11 on identical Teilkrei sen arranged first openings 25 and second openings 27 , which are aligned opaque and this alignment by a releasable connection, for. B. secures a screw connection 29 . In this way, rotor 5 and stator 11 are concentrically spaced from one another and their radial position is fixed. As an alternative to a screw connection 29 , a connection through axially arranged to the shaft 9 pins 31 , a bayonet lock not shown in the drawing or a similar releasable fastening means for the radial assignment of the rotor 5 and the gate 11 can also be used.

In Fig. 2 sind in einer weiteren Ausführungsform an Rotor 5 und Stator 11 als Füh­ rungsmittel axial verlaufende erste 33 und zweite 35 zylindrische Führungsflächen ausgebildet, die sich radial benachbart gegenüberstehen und bei der Montage mit­ einander in Eingriff gebracht werden.In Fig. 2 are formed in a further embodiment on the rotor 5 and stator 11 as a guide means axially extending first 33 and second 35 cylindrical guide surfaces, which face each other radially adjacent and are brought into engagement with each other during assembly.

Die Führungsflächen müssen jedoch nicht notwendigerweise für einen unmittelbaren Eingriff angeordnet sein, sondern diese können auch, wie dieses noch beschrieben wird, mittelbar zur radialen Ausrichtung von Rotor 5 und Stator 11 beitragen. However, the guide surfaces do not necessarily have to be arranged for direct engagement, but, as will be described below, they can also contribute indirectly to the radial alignment of the rotor 5 and stator 11 .

Die bisher beschriebenen Arten des Zusammenfügens von Rotor 5 und Stator 11 lassen sich besonders leicht und ohne besondere Montagehilfsmittel auf elektrische Maschinen anwenden, bei denen zwischen Rotor 5 und Stator 11 bei der Montage keine Magnetkräfte wechselwirken.The previously described types of joining rotor 5 and stator 11 can be applied particularly easily and without special assembly aids to electrical machines in which no magnetic forces interact between rotor 5 and stator 11 during assembly.

Bei permanenterregten elektrischen Maschinen wirken zwischen Rotor 5 und Stator 11 von Permanentmagneten 37 ausgehende starke magnetischen Anziehungskräfte.In permanently excited electrical machines, strong magnetic attraction forces emanating from the permanent magnet 37 act between the rotor 5 and the stator 11 .

Im Gegensatz zu dem bisher beschriebenen Verfahren der Lagezuordnung ist hier­ bei für die konzentrische Ausrichtung zusätzlich eine in Fig. 3 beispielhaft gezeigte Montagevorrichtung 39 besonders hilfreich, die eine den bei der gegenseitigen An­ näherung von Rotor 5 und Stator 11 ansteigenden magnetischen Anziehungskräften entgegenwirkende Zwangsführung ausübt.In contrast to the previously described method of position assignment, a mounting device 39 , shown by way of example in FIG. 3, is additionally particularly helpful for concentric alignment, which exerts a constraining action that counteracts the magnetic attraction forces that increase as the rotor 5 and stator 11 approach each other.

Die Montagevorrichtung 39 stellt als einen einfachsten Fall einen zylinderförmigen Körper dar, der radial unterschiedlich gestaltete Abschnitte zur Aufnahme des Rotors 5 und des Stators 11 aufweist. Die radial innere zylindrische Fläche 43 und die radial äussere Fläche 45 der Montagevorrichtung 39 kann zu der an diese angrenzende Fläche 47 des Rotors 5 bzw. Fläche 49 des Stators 11 vorteilhaft zur weiteren Er­ leichterung der Montage eine Passung aufweisen. Hierbei wird bereits durch Fügen des Rotors 5 und des Stators 11 auf die Montagevorrichtung 39 die konzentrische Ausrichtung der Teile erzielt und diese gegen eine radiale Verrückung aufgrund der wirkenden Magnetkräfte gesichert. In diesem Fall muß die Montagevorrichtung 39 bis zur Montage der elektrischen Maschine 1 im Antriebsstrang mit der Baueinheit Rotor/Stator verbunden bleiben.As the simplest case, the assembly device 39 represents a cylindrical body which has sections of different radial design for receiving the rotor 5 and the stator 11 . The radially inner cylindrical surface 43 and the radially outer surface 45 of the mounting device 39 can advantageously have a fit to the surface 47 of the rotor 5 or surface 49 of the stator 11 adjoining this, in order to further facilitate the mounting. Here, the concentric alignment of the parts is already achieved by joining the rotor 5 and the stator 11 to the mounting device 39 , and these are secured against radial displacement due to the acting magnetic forces. In this case, the assembly device 39 must remain connected to the rotor / stator assembly until the electrical machine 1 is installed in the drive train.

Als weitere Variante besteht aber auch die Möglichkeit, die an Rotor 5 und Stator 11 ausgebildeten Führungsmittel, beispielsweise die Flächen 33 und 35 oder andere wie bereits oben beschrieben in Eingriff zu bringen. Wenn dieses erfolgt ist, kann nun die Montagevorrichtung 39 von der Baueinheit Rotor/Stator entnommen werden. However, as a further variant there is also the possibility of engaging the guide means formed on the rotor 5 and stator 11 , for example the surfaces 33 and 35 or others, as already described above. When this has been done, the assembly device 39 can now be removed from the rotor / stator assembly.

Als ein zweiter Montageschritt ist, wie in der oberen Hälfte der Fig. 1 gezeigt, das Fügen der Baueinheit Stator/Rotor auf die Welle 9 vorgesehen. Die Welle 9 und die Rotornabe 7 weisen dazu je ein Zahnradprofil 51 bzw. 53 auf, welche durch Auf­ schieben der Rotornabe 7 miteinander in Eingriff gebracht werden. Alternativ zu ei­ nem Zahnradprofil kann auch ein Kerbzahnprofil, Keilwellenprofil oder ein ähnliches Profil, welches eine radiale Lagerung sowie eine leichte Verschiebbarkeit der Rotor­ nabe 7 auf der Welle 9 zulässt, angewandt werden.As a second assembly step, as shown in the upper half of FIG. 1, the stator / rotor assembly is provided on the shaft 9 . The shaft 9 and the rotor hub 7 each have a gear profile 51 and 53 , respectively, which are brought into engagement with each other by pushing on the rotor hub 7 . As an alternative to a gear profile, a serrated profile, spline profile or a similar profile, which permits radial mounting and easy displacement of the rotor hub 7 on the shaft 9 , can also be used.

Ein nächster Montageschritt besteht im Verbinden des Stators 11 mit der Halterung 13. Dazu dienen zeichnerisch nicht dargestellte Öffnungen, die durch eine Verdre­ hung der Baueinheit Rotor/Stator um die Welle 9 zur Deckung gebracht und durch eine zeichnerisch nicht dargestellte Schraubverbindung gesichert werden. Günstig­ erweise werden die Öffnungen zu den Schrauben mit einem Spiel ausgelegt, so dass in jedem Fall auch bei geringen Abweichungen der zu deckenden Öffnungen eine Schraubverbindung hergestellt werden kann. Auf diese Weise ist der Rotor 5 radial zur Getriebeeingangswelle und der Stator 11 zum Getriebegehäuse unter Bei­ behaltung der konzentrischen Ausrichtung von Rotor 5 zum Stator 11 fixiert.A next assembly step consists in connecting the stator 11 to the holder 13 . For this purpose, openings not shown in the drawing are used, which are brought into congruence by rotating the rotor / stator assembly around the shaft 9 and secured by a screw connection, not shown in the drawing. Favorably, the openings to the screws are designed with a play, so that a screw connection can be made in any case even with small deviations of the openings to be covered. In this way, the rotor 5 is fixed radially to the transmission input shaft and the stator 11 to the transmission housing while maintaining the concentric alignment of the rotor 5 to the stator 11 .

In einem weiteren Montageschritt werden die Führungsmittel an Rotor 5 und Stator 11 außer Eingriff gebracht und/oder die noch enthaltene Montagevorrichtung 39 ent­ fernt. Dieses geschieht beispielsweise durch Lösen der Rotor 5 und Stator 11 ver­ bindenden Schraubverbindung 29 und/oder durch axiales Herausziehen der Monta­ gevorrichtung 39.In a further assembly step, the guide means on rotor 5 and stator 11 are disengaged and / or the assembly device 39 still contained is removed. This is done, for example, by loosening the rotor 5 and stator 11 ver binding screw connection 29 and / or by axially pulling out the mounting device 39 .

In einem noch weiteren Montageschritt erfolgt das Ausrichten des Rotors 5 durch axiales Verschieben auf der Welle 9. Durch diesen Vorgang wird ein gewünschter axialer Abstand von Rotor 5 und Stator 11 eingestellt, bei welchem sich beide Teile bei einer Drehbewegung des Rotors 5 nicht berühren, die magnetischen Wechsel­ wirkungsbereiche von Rotor 5 und Stator 11 jedoch optimal überlappen und ein Ro­ torlagegeber 54 zuverlässig arbeitet. In a still further assembly step, the rotor 5 is aligned by axially displacing it on the shaft 9 . Through this process, a desired axial distance from the rotor 5 and stator 11 is set, in which both parts do not touch during a rotary movement of the rotor 5 , the magnetic interaction areas of the rotor 5 and stator 11, however, overlap optimally and a rotor position sensor 54 works reliably ,

In einem die Montage der elektrischen Maschine 1 abschließendem Montageschritt erfolgt die Sicherung des Rotors 5 auf der Welle 9. Damit wird erreicht, dass der Ro­ tor 5 bei einer Dreh- oder Kippbewegung gegen eine axiale Verschiebebewegung gesichert ist und die elektrische Maschine 1 in einem betriebssicheren Zustand ver­ bleibt. In Fig. 1 sind zur Fixierung der axialen Lage des Rotors 5 beidseitig an der Rotornabe 7 erste und zweite Wellensicherungsringe 55 und 57 angeordnet. Der getriebeseitig angeordnete Wellensicherungsring 55 wird bereits vor der Montage der Einheit Rotor/Stator auf der Welle 9 angebracht, wodurch dieser bei der axialen Ausrichtung des Stators 11 als Anschlag dienen kann. Zur spielfreien Ausrichtung der Rotornabe 7 auf der Welle 9 werden zwischen der Rotornabe 7 und dem Wel­ lensicherungsring 57 zeichnerisch nicht dargestellten Beilegscheiben beigefügt. The rotor 5 is secured on the shaft 9 in an assembly step that concludes the assembly of the electrical machine 1 . This ensures that the ro tor 5 is secured against an axial displacement movement during a rotary or tilting movement and the electrical machine 1 remains in an operationally reliable state. In Fig. 1 of the rotor 5 are arranged on both sides of the rotor hub 7, and first to second shaft retaining rings 55 and 57 for fixing the axial position. The shaft securing ring 55 arranged on the transmission side is already attached to the shaft 9 before the assembly of the rotor / stator unit, as a result of which this can serve as a stop in the axial alignment of the stator 11 . For backlash-free alignment of the rotor hub 7 on the shaft 9 , washers, not shown in the drawing, are added between the rotor hub 7 and the shaft locking ring 57 .

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

elektrische Maschine
electrical machine

33

Rotorträger
rotorarm

55

Rotor
rotor

77

Rotornabe
rotor hub

99

Welle
wave

1111

Stator
stator

1313

Halterung
bracket

1515

Getriebe
transmission

1717

erstes Lager
first camp

1919

Antriebseinheit
drive unit

2121

zweites Lager
second camp

2323

Trennkupplung
separating clutch

2525

erste Öffnung
first opening

2727

zweite Öffnung
second opening

2929

Schraubverbindung
screw

3131

Stift
pen

3333

erste Führungsfläche
first management area

3535

zweite Führungsfläche
second guide surface

3737

Permanentmagnet
permanent magnet

3939

Montagevorrichtung
mounter

4141

zylinderförmiger Körper
cylindrical body

4343

radial innere Fläche an radially inner surface

4141

4545

radial äussere Fläche an radially outer surface

4141

4747

radial äußere Fläche am Rotor
radially outer surface on the rotor

4949

radial innere Fläche am Rotor
radially inner surface on the rotor

5151

Zahnradprofil auf Gear profile on

99

5353

Zahnradprofil auf Gear profile on

77

5454

Rotorlagegeber
Rotor position sensor

5555

erster Wellensicherungsring
first shaft circlip

5757

zweiter Wellensicherungsring
second shaft locking ring

Claims (13)

1. Elektrische Maschine (1), insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahr­ zeuges, umfassend einen mit einem Rotorträger (3) verbundenen Rotor (5) und einen Stator (11), der an einer Halterung (13) befestigt ist, wobei der Rotor (5) auf einer mit der elektrischen Maschine (1) in Wirkverbindung stehenden Welle (9) ge­ lagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) ausschließlich mit einem drehfest auf der Welle (9) angeordne­ ten Rotorträger (3) in dessen radialer Position gehalten wird und dass Rotor (5) und Stator (11) radiale Führungsmittel aufweisen, wobei die die Führungsmittel aufweisenden Bereiche des Rotors (5) und des Stators (11) axial zueinander ver­ schiebbar sind und sich die Führungsmittel bei einer Drehbewegung der elektri­ schen Maschine (1) außer Eingriff befinden.1. Electrical machine ( 1 ), in particular in a drive train of a motor vehicle, comprising a rotor ( 5 ) connected to a rotor carrier ( 3 ) and a stator ( 11 ) which is fastened to a holder ( 13 ), the rotor ( 5 ) is mounted on a shaft ( 9 ) which is operatively connected to the electrical machine ( 1 ), characterized in that the rotor ( 5 ) is arranged exclusively with a rotor carrier ( 3 ) arranged in a rotationally fixed manner on the shaft ( 9 ) in its radial direction Position is maintained and that the rotor ( 5 ) and stator ( 11 ) have radial guide means, the regions of the rotor ( 5 ) and the stator ( 11 ) having the guide means being axially displaceable relative to one another and the guide means being subject to a rotational movement of the electrical elements Machine ( 1 ) is out of engagement. 2. Elektrische Maschine nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Führungsmittel Befestigungsmittel (29, 31), die den Rotor (5) und den Stator (11) lösbar miteinander verbinden, umfassen. 2. Electrical machine according to claim 1, characterized in that the radial guide means comprise fastening means ( 29 , 31 ) which releasably connect the rotor ( 5 ) and the stator ( 11 ) to one another. 3. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) und der Stator (11) als Führungsmittel jeweils mindestens eine axial verlaufende zylindrische Führungsfläche (33, 35, 47, 49) aufweisen.3. Electrical machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the rotor ( 5 ) and the stator ( 11 ) each have at least one axially extending cylindrical guide surface ( 33 , 35 , 47 , 49 ) as guide means. 4. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Rotorträgers (3) mit der Welle (9) mittels eines Zahnrad­ profils (51, 53) erfolgt.4. Electrical machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the connection of the rotor carrier ( 3 ) with the shaft ( 9 ) by means of a gear profile ( 51 , 53 ). 5. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorträger (3) radial innen eine Rotornabe (7) mit mindestens einer zy­ lindrisch verlaufenden Führungsfläche (47) als Führungsmittel aufweist.5. Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor carrier ( 3 ) has a rotor hub ( 7 ) radially on the inside with at least one cylindrical guide surface ( 47 ) as guide means. 6. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) Sicherungsmittel (55, 57) zur Fixierung der axia­ len Lage des Rotors (5) auf der Welle (9) bei einer Bewegung aufweist.6. Electrical machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrical machine ( 1 ) has securing means ( 55 , 57 ) for fixing the axial position of the rotor ( 5 ) on the shaft ( 9 ) during a movement. 7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (9) eine Antriebswelle einer Antriebseinheit (19) darstellt.7. Electrical machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the shaft ( 9 ) represents a drive shaft of a drive unit ( 19 ). 8. Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (13) das Gehäuse der Antriebseinheit (19) darstellt.8. Electrical machine according to claim 7, characterized in that the holder ( 13 ) represents the housing of the drive unit ( 19 ). 9. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (9) die Eingangswelle eines Getriebes (15) darstellt.9. Electrical machine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the shaft ( 9 ) represents the input shaft of a transmission ( 15 ). 10. Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (13) das Gehäuse des Getriebes (15) darstellt.10. Electrical machine according to claim 9, characterized in that the holder ( 13 ) represents the housing of the transmission ( 15 ). 11. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) der elektrischen Maschine (1) in Wirkverbindung mit einer ko­ axial zur Welle (9) angeordneten Trennkupplung (23) steht.11. Electrical machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the rotor ( 5 ) of the electrical machine ( 1 ) is operatively connected to a separating clutch ( 23 ) arranged axially to the shaft ( 9 ). 12. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) eine permanenterregte Synchronmaschine in Außenläuferbauart ist.12. Electrical machine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the electrical machine ( 1 ) is a permanently excited synchronous machine in the external rotor type. 13. Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine (1) nach einem der Ansprü­ che 1 bis 12, umfassend folgende Montageschritte:
  • - Fügen des Rotors (5) zum Stator (11), wobei deren radiale Ausrichtung zu­ einander durch die Führungsmittel festgelegt wird,
  • - Fügen der Baueinheit Stator/Rotor auf die Welle (9),
  • - Verbinden des Stators (11) mit der Halterung (13),
  • - Außer Eingriff Bringen der Führungsmittel,
  • - Ausrichten des Rotors (5) durch axiales Verschieben auf der Welle (9),
  • - Sichern des Rotors (5) auf der Welle (9).
13. A method for assembling an electrical machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, comprising the following assembly steps:
  • - joining the rotor ( 5 ) to the stator ( 11 ), the radial alignment of which is determined by the guide means,
  • - joining the stator / rotor assembly to the shaft ( 9 ),
  • - connecting the stator ( 11 ) to the holder ( 13 ),
  • Disengaging the guide means,
  • - Aligning the rotor ( 5 ) by moving it axially on the shaft ( 9 ),
  • - Secure the rotor ( 5 ) on the shaft ( 9 ).
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