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1. WO2020126076 - ELEKTROMOTOR MIT EINEM STATORGEHÄUSETEIL

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Elektromotor mit einem Statorgehäuseteil

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor mit einem Statorgehäuseteil.

Es ist allgemein bekannt, dass ein Elektromotor einen relativ zu einem Statorgehäuseteil drehbar gelagerten Rotor aufweist. Dabei nimmt das Statorgehäuseteil eine Statorwicklung auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen wassergekühlten Elektromotor kostengünstig und in hoher Schutzart herstellbar zu machen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Elektromotor nach den in Anspruch 1

angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Elektromotor mit einem Statorgehäuseteil sind, dass das Statorgehäuseteil aus einem Stranggussprofilteil, insbesondere Aluminium-Stranggussprofilteil, gefertigt ist,

wobei das Stranggussprofilteil axial durchgehende, voneinander beabstandete Kanäle aufweist,

insbesondere wobei in einer mittig in dem Statorgehäuseteil angeordneten axial

durchgehenden Ausnehmung eine Statorwicklung angeordnet ist,

wobei das Statorgehäuseteil, insbesondere in seinem ersten axialen Endbereich, eine erste, in axialer Richtung offene, insbesondere in eine erste axiale Stirnseite des Statorgehäuseteils eingebrachte, Nut aufweist, welche zumindest einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal in Umfangsrichtung verbindet,

wobei das Statorgehäuseteil, insbesondere in seinem zweiten axialen Endbereich, eine zweite, entgegen der axialen Richtung offene, insbesondere in eine zweite axiale Stirnseite des Statorgehäuseteils eingebrachte, Nut aufweist, welche zumindest den zweiten Kanal mit einem dritten Kanal in Umfangsrichtung verbindet.

Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung ermöglicht, einen wassergekühlten Elektromotor kostengünstig und in hoher Schutzart herstellbar zu machen. Dabei ist das Statorgehäuseteil einfach und ohne Aufwand herstellbar. Denn es ist ein Stranggussprofilteil verwendbar, in welchem Ausnehmungen zur Bildung von Kanälen und eine mittige zylindrische Ausnehmung vorsehbar sind, in welcher die Statorwicklung aufnehmbar ist.

Somit muss zur Herstellung des Statorgehäuseteils das Stranggussprofilteil nur an beiden axialen Enden abgeschnitten, ein axial hervorstehender Zentrierbund spanend

herausgearbeitet werden und danach eine Nut von axialer Richtung herkommend in die erste Stirnseite und eine weitere Nut von der entgegengesetzten Richtung herkommend in die andere Stirnseite des Stranggussprofilteils eingebracht werden.

Beide Nuten laufen in Umfangsrichtung nicht vollständig um, verbinden aber jeweils Kanäle des Stranggussprofilteils. Auf die Stirnseite wird eine Flachdichtung aufgelegt, welche somit die Nut abdeckt. An dem axial hervorragenden Zentrierbund ist ein O-Ring in einer umlaufenden Ringnut aufgenommen, welche nach radial außen geöffnet ist. Der in der Ringnut aufgenommene O-Ring dichtet zum Lagerflansch hin ab

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Statorgehäuseteil eine Statorwicklung

aufgenommen,

wobei ein Rotor des Elektromotors mittels zumindest eines Lagers drehgelagert ist, wobei das Lager in einem Lagerflansch aufgenommen ist, welcher mittels Schrauben mit dem

Statorgehäuseteil verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Statorwicklung mittels des von einem Kühlmedium durchströmten Statorgehäuseteil entwärmbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Rotor des Elektromotors mittels zumindest eines Lagers drehgelagert, wobei das Lager in einem Lagerflansch aufgenommen ist, insbesondere welcher mittels Schrauben mit dem Statorgehäuseteil verbunden ist,

wobei zwischen dem Lagerflansch und dem Statorgehäuseteil ein Zwischenteil angeordnet ist,

wobei das Zwischenteil einen ersten, in axialer Richtung vom Zwischenteil hervorstehenden Zentrierbund aufweist, insbesondere welcher an der mittig in dem Statorgehäuseteil angeordneten axial durchgehenden Ausnehmung anliegt,

insbesondere wobei die Ausnehmung als zylindrische Innenoberfläche am

Statorgehäuseteil ausgeführt ist,

wobei das Zwischenteil einen zweiten, entgegen der axialen Richtung vom Zwischenteil hervorstehenden Zentrierbund aufweist, insbesondere welcher am Lagerflansch anliegt.

Von Vorteil ist dabei, dass das die Kanäle aufweisende Statorgehäuseteil durch Abschneiden eines Stranggussprofilteils herstellbar ist, wobei die jeweilige Schnittfläche eben ausgeführt ist und sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung unbegrenzt ist. Denn die

Zentrierung der Lagerflansche für die Lagerung des Rotors erfolgt mittels des Zwischenteils, das einen in axialer Richtung aus dem Zwischenteil hervorragenden Zentrierbund aufweist, so dass dieser Zentrierbund anliegt und zentriert wird an den Statorgehäuseteil. Somit muss bei Herstellung des Statorgehäuseteils kein Zentrierbund spanend aus dem Stranggussprofilteil herausgearbeitet werden sondern ein bloßes Abschneiden des Stranggussprofilteils ist ausreichend.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Flachdichtung zwischen dem Zwischenteil und dem Statorgehäuseteil angeordnet,

insbesondere wobei die Flachdichtung an der Stirnseite des Statorgehäuseteils anliegt. Von Vorteil ist dabei, dass die Stirnseite eben ausgeführt ist und somit die Flachdichtung am Material des Statorgehäuseteils flächig, insbesondere eben, anliegt. Somit werden durch die Flachdichtung die Kanäle und die jeweilige Ringnut begrenzt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Statorgehäuseteil eine zylindrische

Innenoberfläche auf, welche der Statorwicklung zugewandt ist und/oder an welcher die Statorwicklung anliegt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Formgebung für die Statorwicklung bewirkt ist. Die Statorwicklung ist durch die zylindrische Innenoberfläche nach radial außen begrenzt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von der ersten Nut in Umfangsrichtung überdeckte Umfangswinkelbereich kleiner als 360°

und

der von der zweiten Nut in Umfangsrichtung überdeckte Umfangswinkelbereich ist kleiner als 360° ist. Von Vorteil ist dabei, dass Kanäle miteinander mittels der ersten beziehungsweise zweiten Nut verbindbar sind. Dabei ist die erste Nut auf der ersten Stirnseite des

Statorgehäuseteils und die zweite Nut auf der zweiten Stirnseite des Statorgehäuseteils angeordnet.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überlappen die jeweils von den Kanälen überdeckten Radialabstandsbereiche einander oder sind einander gleich,

insbesondere wobei der kleinste Radialabstand jedes der Kanäle identisch ist. Von Vorteil ist dabei, dass die erste und die zweite Nut auf konstantem Radialabstand anordenbar sind, also als sich in Umfangsrichtung erstreckende Ringnuten ausführbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Nut aus zwei oder mehr Nutbereichen gebildet,

wobei die Nutbereiche in Umfangsrichtung jeweils voneinander beabstandet sind,

insbesondere wobei die zweite Nut aus einer Anzahl von Nutbereichen gebildet ist, welche um Eins verringert ist gegenüber der Anzahl der die erste Nut bildenden Nutbereichen. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des jeweiligen Nutbereichs eine jeweilige Gruppe von Kanälen verbindbar ist und somit ein mäanderförmiges Durchströmen des Statorgehäuseteils bewirkbar ist. Dafür ist vorteilhaft, wenn der von einem ersten Nutbereich auf der ersten Stirnseite des Statorgehäuseteils einen Umfangswinkelbereich überdeckt, welcher mit dem von einem ersten Nutbereich auf der zweiten Stirnseite des Statorgehäuseteils überdeckten

Umfangswinkelbereich überlappt und mit einem zweiten Nutbereich auf der zweiten Stirnseite des Statorgehäuseteils überdeckten Umfangswinkelbereich.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Nut als einfache oder mehrfach unterbrochene Ringnut ausgeführt, insbesondere als entlang der Nut überall in axialer Richtung offene Ringnut ausgeführt,

insbesondere wobei die Ringachse der Ringnut koaxial zur axialen Richtung des Elektromotors ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Kühlmedium-bezogene Verschaltung der Kanäle

miteinander beim Herstellen der Ringnut dadurch bewirkbar ist, dass das

Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Drehwerkzeug oder Fräswerkzeug, beim spanenden Herstellen der Ringnut einfach oder mehrfach axial ins Stranggussteil hineinbewegt oder herausgezogen wird. Somit ist kein zusätzlicher Zeitaufwand zum Herstellen der Nutbereiche im Vergleich zu einer ununterbrochenen Nut erforderlich. Die Anzahl der Nutbereiche wird beim Herstellen durch die Anzahl der axialen Verfahrbewegungen bestimmt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verbindet ein erster Nutbereich der ersten Nut den ersten Kanal mit dem zweiten Kanal und ein zweiter Nutbereich der ersten Nut einen dritten Kanal mit einem vierten Kanal verbindet,

wobei ein erster Nutbereich der zweiten Nut den zweiten Kanal mit dem dritten Kanal verbindet und der zweite Nutbereich der zweiten Nut den vierten Kanal mit einem weiteren Kanal verbindet. Von Vorteil ist dabei, dass eine mäanderförmige Durchströmung des

Statorgehäuseteils bewirkbar ist und somit eine möglichst gleichmäßige und effektive

Entwärmung der Statorwicklungen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Statorgehäuseteil ein Anschluss für Kühlmittel, insbesondere Wasser, angebracht ist, welcher in den ersten Kanal mündet,

insbesondere wobei am Statorgehäuseteil ein weiterer Anschluss für Kühlmittel, insbesondere Wasser, angebracht ist, welcher in einen vom ersten beabstandeten Kanal mündet. Von Vorteil ist dabei, dass wegen der Herstellung durch Strangguss kein besonderer Aufwand zum Herstellen der Kanäle notwendig ist. Es ist mittels der Kanäle sogar Masse einsparbar.

Allerdings muss an einen ersten der Kanäle ein Zulauf angebracht werden und an einen anderen ein Ablauf für das Kühlmedium, insbesondere Wasser.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steht am Zwischenteil axial beidseitig jeweils ein

Zentrierbund axial hervor, welcher radial innerhalb der Nut angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein Lagerflansch an dem Zentrierbund ausrichtbar ist und somit die Achse des Rotors des Elektromotors koaxial zur Zylinderachse der zylindrischen Innenoberfläche ausgerichtet ist.

Der Radialabstand bezieht sich hier immer auf den Abstand zur Drehachse des Rotors.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Statorgehäuseteil insbesondere radial außerhalb des Zentrierbundes an beiden Stirnseiten eine ebene Schnittfläche auf, deren Normalenrichtung parallel zur axialen Richtung ausgerichtet ist,

insbesondere wobei die Schnittfläche die Nut, die Kanäle und das Statorgehäuseteil in axialer Richtung beziehungsweise entgegengesetzt zur axialen Richtung begrenzt. Von Vorteil ist dabei, dass die Ringnut in einfacher Weise einbringbar ist. Außerdem ist die ebene Fläche als Auflagefläche für eine Flachdichtung verwendbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der jeweilige Lagerflansch eine den jeweiligen Zentrierbund des jeweiligen Zwischenteils aufnehmende in Umfangsrichtung vorzugsweise vollständig umlaufende, insbesondere ununterbrochene, Ringnut auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine präzise Zentrierung und Ausrichtung des Lagerflansches zum Zwischenteil und somit auch zum Statorgehäuseteil erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zentrierbund in Umfangsrichtung vollständig umlaufend, insbesondere ununterbrochen, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine präzise Zentrierung und Ausrichtung des Zwischenteils und somit auch des Lagerflansches zum Statorgehäuseteil erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Statorgehäuseteil eine diskrete

Rotationssymmetrie, insbesondere mit 90° Drehwinkel, auf,

wobei die Symmetrieachse die Drehachse des Rotors des Elektromotors ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders einfache Herstellung ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die jeweilige Nut von einer jeweiligen Flachdichtung abgedeckt, welche zwischen dem Statorgehäuseteil und einem jeweiligen Zwischenteil angeordnet ist,

wobei das jeweilige Zwischenteil, insbesondere mittels jeweiliger Schrauben, an das

Statorgehäuseteil angedrückt ist,

insbesondere wobei die Flachdichtung radial außerhalb des Zentrierbundes angeordnet ist,

insbesondere wobei eine Dichtung am axial aus dem Stranggussprofilteil hervorragenden Zentrierbund angeordnet und zum Lagerflansch hin abdichtet. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der zwischen dem Stranggussprofilteil und dem Lagerflansch angeordneten

Flachdichtung nach außen hin abgedichtet wird und mittels des Ö-Rings zwischen dem Statorgehäuseteil und dem Lagerflansch nach innen abgedichtet wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Flachdichtung an einer ersten axialen Position zwischen Lagerflansch und Statorgehäuseteil angeordnet,

wobei die Flachdichtung an einer zweiten axialen Position zwischen Lagerflansch und Statorgehäuseteil angeordnet ist,

wobei die erste axiale Position näher zu den Kanälen angeordnet ist als die zweite axiale Position,

insbesondere wobei der von der Flachdichtung überdeckte Radialabstandsbereich radial außerhalb dem von der Dichtung überdeckten Radialabstandsbereich angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Flachdichtung zur äußeren Umgebung hin abdichtet und die Dichtung zum Zwischenteil hin abdichtet.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Elektromotor in Schrägansicht explodiert dargestellt. In der Figur 2 ist der Elektromotor aus einer anderen Blickrichtung gezeigt.

In der Figur 3 ist das Statorgehäuseteil 1 des Elektromotors in Schrägansicht dargestellt.

In der Figur 4 ist ein Längsschnitt durch den A-seitig modifizierten Elektromotor gezeigt.

In der Figur 5 ist ein Ausschnitt der Figur 4 vergrößert dargestellt.

Wie in den Figuren dargestellt, weist der Elektromotor ein aus einem Stranggussprofilteil hergestelltes Statorgehäuseteil 1 auf.

Im Statorgehäuseteil 1 ist eine Statorwicklung 50 vorgesehen.

Der Rotor 41 des Elektromotors ist über Lager drehbar gelagert, welche in Flanschteilen 3 und 4, also Lagerflanschen, aufgenommen sind. Der A-seitige Lagerflansch 3 ist aus Metall, wie Stahl oder Aluminium, als bearbeitetes Gussteil hergestellt. Der B-seitige Lagerflansch 4 ist aus einem Stranggussprofilteil hergestellt.

Die Flanschteile 3 und 4 sind mit dem Statorgehäuseteil 1 mittels Schrauben verbunden, wobei ein jeweiligen Zwischenteil 5 axial zwischengeordnet ist. Dabei ist das Statorgehäuseteil 1 axial zwischen den beiden Zwischenteilen 5 und/oder zwischen den beiden Flanschteilen (3, 4) angeordnet.

Das Zwischenteil 5 weist axial beidseitig jeweils einen Zentrierbund (6, 7) auf. Der erste Zentrierbund 6 des B-seitigen Zwischenteils 5 ragt in axialer Richtung hervor, der zweite Zentrierbund entgegen der axialen Richtung.

Beim anderen Zwischenteil 5 ist es umgekehrt. Somit ist das jeweilige Zwischenteil 5 mit seinem ersten Zentrierbund 6 am Innenumfang des Stranggussprofilteils 1 zentriert. Auf diese Weise ist die Stirnseite einfach bearbeitbar und eine Ringnut axial sehr tief einbringbar.

Das Statorgehäuseteil 1 weist axial durchgehende, in Umfangsrichtung voneinander separiert und beabstandete Kanäle 33 auf, die zur Durchleitung des Kühlmittels genutzt werden. Diese Kanäle 33 sind ohne zusätzlichen Aufwand herstellbar, da sie sich in Ziehrichtung des

Stranggussprofilteils erstrecken und somit materialsparend vorsehbar sind.

Nach radial innen, also zur Statorwicklung hin ist das Statorgehäuseteil 1 als Innenzylinder geformt. Radial außerhalb des Innenzylinders sind die Kanäle 33 angeordnet, welche beim Stranggießen ohne besonderen Aufwand und materialsparend fertigbar sind. Mit dem

Zentrierbund 6 zentriert sich das Zwischenteil 5 direkt am Innenzylinder. Somit ist das

Zwischenteil 5 an seiner der Stirnseite des Stranggussprofilteils gegenüberliegenden Stirnseite eben geformt, so dass eine zwischen Stranggussprofilteil und Zwischenteil 5 angeordnete Flachdichtung 21 gleichmäßig anpressbar ist und somit die Kanäle abdichtbar sind.

In das Stranggussprofilteil ist eine in Umfangsrichtung verlaufende, axial ins

Stranggussprofilteil hineinragende Nut 32 eingebracht, die radial außerhalb des

Zentrierbundes 20 angeordnet ist und somit nach Auflegen einer Flachdichtung 21 auf die axiale Stirnseite des Stranggussprofilteils von dieser Flachdichtung 21 abgedeckt wird. Da die Flachdichtung auf ebene Flächenberieche der Stirnseite des Stranggussprofilteils angedrückt wird, ist eine hohe Schutzart, also hohe Dichtigkeit erreichbar.

Die Nut 32 ermöglicht somit, dass Kühlmittel, insbesondere Wasser, von einem ersten der Kanäle 33 zu einem zweiten der Kanäle 33 gelangt. Denn die Kanäle 33 erstrecken sich in axialer Richtung, die Nut 32 hingegen erstreckt sich in Umfangsrichtung.

Auch auf der zweiten axialen Seite des Stranggussprofilteils ist eine solche Nut 32

eingebracht.

Die Nut 32 ist im ersten axialen Endbereich nicht vollständig umlaufend in Umfangsrichtung ausgeführt. Alle Kanäle 33, welche in die Nut münden, sind somit mittels der Nut 32 zum Kühlmittelaustausch verbunden. Anders ausgedrückt, ist die Nut 32 in Umfangsrichtung einfach zusammenhängend, insbesondere also ununterbrochen oder einstückig, ausgeführt.

Die Nut 32 am zweiten axialen Endbereich des Stranggussprofilteils ist jedoch in

Umfangsrichtung einfach oder mehrfach unterbrochen ausgeführt. Diese Nut 32 ist somit aus mehreren voneinander beabstandeten Nutberiechen zusammengesetzt.

Auf diese Weise ist das über den am Statorgehäuseteil 1 angeordneten, radial durch die Gehäuseoberfläche bis zu einem Kanal durchgehenden Anschluss 2 für Kühlmittel einströmende Kühlmittel, insbesondere Wasser, von diesem Kanal zu dem verbundenen

Nutbereich 32 als Verteiler durchleitbar und von diesem als Verteiler fungierenden Nutbereich 32 in einen anderen Kanal hinein, von dem das Kühlmittel dann auf der von dem Nutbereich 32 axial abgewandten Seite in die andere Nut 32 einströmt und von dort durch einen weiteren Anschluss nach außen.

Auf diese Weise ist durch den oder die in einem ersten Umfangswinkelbereich angeordnete Kanäle 33 ein Durchströmen in axialer Richtung ermöglicht und durch in einem anderen Umfangswinkelbereich angeordnete Kanäle 33 ein Durchströmen entgegen der axialen Richtung.

Die Enden der Statorwicklung sind in den an der Außenseite des Statorgehäuseteils angeordneten Anschlusskasten geführt, in welchem ein Klemmenbrett angeordnet ist, so dass Versorgungsleitungen elektrisch verbindbar sind.

Beim Anschrauben des ersten Flanschteils 3, insbesondere Lagerflansch, wird die

Flachdichtung 21 an das Statorgehäuseteil 1 angedrückt und somit der Bereich des

Kühlmittels zur äußeren Umgebung hin und auch zum Innenraumberiech des Motors hin abgedichtet.

Das Zwischenteil 5 wird mit seinem anderen Zentrierbund 7 an der innenzylindrischen Fläche des zweiten Flanschteils 4 zentriert. Mittels eines O-Rings 31 wird das Flanschteil 4 zum Zwischenteil 5 hin abgedichtet.

Das zweite Flanschteil 4 ist ebenfalls als weiteres Stranggussprofilteil ausgeführt, wobei das zweite Flanschteil 4 auf seiner vom Stranggussprofilteil abgewandten Seite ein bearbeitetes Gussteil aufweist, welches ein Lager aufnimmt und schraubverbunden ist mit dem weiteren Stranggussprofilteil.

Das A-seitig angeordnete Zwischenteil 5 ist ebenfalls mit seinem ersten Zentrierbund an der Innenoberfläche des Stranggussprofilteils zentriert und somit mittels einer weiteren

Flachdichtung, die zwischen der Stirnseite des Stranggussprofilteils und dem Zwischenteil 5 angeordnet ist, zur äußeren Umgebung hin abdichtbar.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird jede der Nuten 32 in mehrere Nutbereiche unterteilt, so dass ein mäandrierendes Durchströmen des Statorgehäuseteils 1 ermöglicht ist. Insbesondere wird die erste Nut 32, also die im ersten axialen Endbereich angeordnete Nut 32 aus N Nutbereichen zusammengesetzt, wobei N eine natürliche Zahl ist. Dann wird die andere Nut 32, also die im anderen axialen Endbereich angeordnete Nut 32 aus N + 1 Nutbereichen zusammengesetzt.

Bezugszeichenliste

1 Statorgehäuseteil

2 Anschluss für Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser

3 erstes Flanschteil, insbesondere Lagerflansch

4 zweites Flanschteil, insbesondere Lagerflansch

5 Zwischenteil

6 erster Zentrierbund

7 zweiter Zentrierbund

8 Hohlraum

21 Flachdichtung

30 Statorwicklung

31 O-Ring

32 Nut

33 Kanal

40 Winkelsensor

41 Rotor

50 Statorwicklung

51 Blechpaket