DE102022120772A1

DE102022120772A1 - Rotor for an electric traction machine of a motor vehicle and motor vehicle

Info

Publication number: DE102022120772A1
Application number: DE102022120772.2A
Authority: DE
Inventors: Rafael Sabaini
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-08-17
Filing date: 2022-08-17
Publication date: 2024-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Aktivteil (16) und mit einer Rotorwelle (14), welche eine Wellenschulter (18) mit wenigstens einem axial abstehenden Mitnehmerzapfen (20) aufweist, wobei das Aktivteil (16) eine feste Einheit bildet und eine stirnseitige Ausnehmung (22) aufweist, in welche der Mitnehmerzapfen (20) eingreift, wodurch das Aktivteil (16) drehfest mit der Rotorwelle (14) verbunden ist.The invention relates to a rotor (10) for an electric traction machine of a motor vehicle, with an active part (16) and with a rotor shaft (14), which has a shaft shoulder (18) with at least one axially projecting driver pin (20), the active part ( 16) forms a fixed unit and has a frontal recess (22) into which the driving pin (20) engages, whereby the active part (16) is connected to the rotor shaft (14) in a rotationally fixed manner.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor.The invention relates to a rotor for an electric traction machine of a motor vehicle and a motor vehicle with a rotor.

Aus der DE 10 2009 046 838 A1 ist ein Rotor für eine Elektromaschine zur Ausführung einer Rotationsbewegung um eine Rotationsachse bekannt. Der Rotor umfasst mehrere Lamellen, die bezüglich der Rotationsachse übereinander geschichtet sind, wobei die Lamellen axiale Bohrungen aufweisen, in denen Bolzen angeordnet sind, über welche die Lamellen an Scheiben einer Welle des Rotors befestigt sind.From the DE 10 2009 046 838 A1 a rotor for an electric machine for carrying out a rotational movement about a rotation axis is known. The rotor comprises a plurality of slats which are stacked one above the other with respect to the axis of rotation, the slats having axial bores in which bolts are arranged, via which the slats are fastened to disks of a shaft of the rotor.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, die eine besonders sichere Verbindung zwischen einem Aktivteil und einer Rotorwelle eines Rotors bei einem besonders geringen Gewicht des Rotors ermöglicht.The object of the invention is to create a solution that enables a particularly secure connection between an active part and a rotor shaft of a rotor with a particularly low weight of the rotor.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.This task is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures. Features, advantages and possible configurations set out in the description for one of the subject matter of the independent claims are at least analogous to the features, advantages and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims and any possible combination of the subject matter of the independent claims, if applicable in conjunction with one or more of the subclaims.

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die elektrische Traktionsmaschine ist dazu eingerichtet, mittels elektrischer Energie aus einer Batterie des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug anzutreiben. Hierfür kann die elektrische Traktionsmaschine zusätzlich zu dem Rotor einen Stator umfassen, relativ zu welchem der Rotor um eine Rotationsachse gedreht werden kann. Der Rotor umfasst ein Aktivteil und eine Rotorwelle, auf welche das Aktivteil aufgesteckt ist. Die Rotorwelle erstreckt sich somit durch eine mittige Öffnung des Aktivteils hindurch, sodass das Aktivteil die Rotorwelle zumindest in einem Längenabschnitt radial nach außen umschließt. Hierbei bezieht sich die radiale Richtung auf die Rotationsachse des Rotors. Wenn im Folgenden von einer axialen Richtung des Rotors die Rede ist, bezieht sich diese axiale Richtung ebenfalls auf die Rotationsachse des Rotors. Die axiale Richtung verläuft parallel zur Rotationsachse, wohingegen die radiale Richtung senkrecht auf der Rotationsachse steht.The invention relates to a rotor for an electric traction machine of a motor vehicle. The electric traction machine is set up to drive the motor vehicle using electrical energy from a battery of the motor vehicle. For this purpose, the electric traction machine can comprise, in addition to the rotor, a stator, relative to which the rotor can be rotated about an axis of rotation. The rotor includes an active part and a rotor shaft onto which the active part is attached. The rotor shaft thus extends through a central opening of the active part, so that the active part encloses the rotor shaft radially outwards at least in a longitudinal section. The radial direction refers to the axis of rotation of the rotor. If we talk about an axial direction of the rotor below, this axial direction also refers to the axis of rotation of the rotor. The axial direction is parallel to the axis of rotation, whereas the radial direction is perpendicular to the axis of rotation.

Die Rotorwelle weist eine Wellenschulter mit wenigstens einem axial abstehenden Mitnehmerzapfen auf. Bei der Wellenschulter handelt es sich um einen nicht konischen, nicht winkligen Wellenabsatz. Die Wellenschulter wird insbesondere durch eine lokale Durchmesseränderung, insbesondere eine lokale Durchmesserverbreiterung der Rotorwelle, gebildet. Bei dem Mitnehmerzapfen handelt es sich um einen insbesondere zylindrischen oder quaderförmigen Fortsatz der Rotorwelle. Hierbei steht der Mitnehmerzapfen axial von der Wellenschulter ab. Die Wellenschulter steht insbesondere radial über einen gesamten Umfang von einem Rest der Rotorwelle ab. Der Mitnehmerzapfen erstreckt sich mit seiner Längserstreckungsrichtung parallel zur Rotationsachse des Rotors, wobei der Mitnehmerzapfen seitlich und somit radial versetzt zu der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist.The rotor shaft has a shaft shoulder with at least one axially projecting driver pin. The shaft shoulder is a non-conical, non-angled shaft shoulder. The shaft shoulder is formed in particular by a local change in diameter, in particular a local widening of the diameter of the rotor shaft. The driving pin is a particularly cylindrical or cuboid extension of the rotor shaft. The driving pin protrudes axially from the shaft shoulder. The shaft shoulder projects in particular radially over an entire circumference from a remainder of the rotor shaft. The driving pin extends with its longitudinal direction parallel to the axis of rotation of the rotor, the driving pin being arranged laterally and thus radially offset from the axis of rotation of the rotor.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Aktivteil eine feste Einheit bildet und wenigstens eine stirnseitige Ausnehmung aufweist, in welche der Mitnehmerzapfen eingreift, wodurch das Aktivteil drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist. Somit ist der Mitnehmerzapfen dazu eingerichtet, die drehfeste Verbindung des Aktivteils mit der Wellenschulter der Rotorwelle zu gewährleisten. Der Mitnehmerzapfen erstreckt sich insbesondere nur in einem Teilbereich einer axial verlaufenden Länge des Aktivteils und somit nicht ganz durch das Aktivteil in axialer Richtung hindurch. Der Mitnehmerzapfen ist somit lediglich in das Aktivteil eingesteckt. Unter der festen Einheit des Aktivteils ist zu verstehen, dass bei einer Ausgestaltung des Aktivteils als Blechpaket jeweilige Bleche des Aktivteils fest miteinander verbunden und somit aneinander fixiert sind. Aufgrund der festen Einheit des Aktivteils ist eine Relativbewegung jeweiliger Bleche des Blechpakets zueinander unterbunden. Durch die feste Einheit wird sichergestellt, dass über den Mitnehmerzapfen das gesamte Aktivteil drehfest mit der Wellenschulter verbunden ist.It is further provided that the active part forms a fixed unit and has at least one frontal recess into which the driving pin engages, whereby the active part is connected to the rotor shaft in a rotationally fixed manner. The driver pin is thus designed to ensure the rotation-proof connection of the active part to the shaft shoulder of the rotor shaft. The driving pin extends in particular only in a partial area of an axially extending length of the active part and therefore not completely through the active part in the axial direction. The driving pin is therefore simply inserted into the active part. The fixed unit of the active part is to be understood as meaning that when the active part is designed as a laminated core, respective sheets of the active part are firmly connected to one another and thus fixed to one another. Due to the fixed unit of the active part, a relative movement of the respective sheets of the laminated core to one another is prevented. The fixed unit ensures that the entire active part is connected to the shaft shoulder in a rotationally fixed manner via the driving pin.

Beispielsweise kann die Wellenschulter mit dem Mitnehmerzapfen an einer Abtriebsseite der Rotorwelle angeordnet sein. An dieser Abtriebsseite der Rotorwelle ist die Rotorwelle dazu eingerichtet, mit einem Getriebe des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden. Hierdurch kann das über das Aktivteil auf die Rotorwelle aufgebrachte Drehmoment über die an der Abtriebsseite der Rotorwelle angeordnete Wellenschulter auf die Rotorwelle übertragen werden, wodurch das Drehmoment wiederum mit besonders wenigen Verlusten beispielsweise aufgrund von Torsion an das Getriebe weitergegeben werden kann. Hierdurch kann eine besonders hohe Effizienz eines elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs mit dem Rotor und dem Getriebe des Kraftfahrzeugs erreicht werden.For example, the shaft shoulder with the driving pin can be arranged on an output side of the rotor shaft. On this output side of the rotor shaft, the rotor shaft is designed to be connected to a transmission of the motor vehicle. As a result, the torque applied to the rotor shaft via the active part can be transmitted to the rotor shaft via the shaft shoulder arranged on the output side of the rotor shaft, whereby the torque can in turn be passed on to the transmission with particularly few losses, for example due to torsion. In this way, a particularly high efficiency of an electric drive train of the motor vehicle can be achieved with the rotor and the transmission of the motor vehicle.

Durch das Verbinden des Aktivteils über den in axialer Richtung verlaufenden Mitnehmerzapfen mit der Rotorwelle kann eine Pressverbindung des Aktivteils mit der Rotorwelle entfallen, wodurch im Betrieb besonders geringe Belastungen des Aktivteils erreicht werden können. Weiterhin kann die Rotorwelle mit einer besonders geringen Wandstärke ausgebildet werden, da ein Vorsehen von Passfedern oder Nutsteinen oder Ausnehmungen dafür an der Rotorwelle für ein drehfestes Verbinden der Rotorwelle mit dem Aktivteil entfallen kann. Durch die Ausgestaltung der Rotorwelle mit der besonders geringen Wandstärke kann der Rotor besonders gewichtsarm hergestellt werden. Darüber hinaus weist der Rotor aufgrund der entfallenden Pressung zwischen dem Aktivteil und der Rotorwelle besonders geringe mechanische Spannungen auf und kann somit besonders stabil bereitgestellt werden. Hierdurch kann eine besonders hohe Lebensdauer des Rotors erreicht werden.By connecting the active part to the rotor shaft via the driving pin running in the axial direction, a press connection of the active part to the rotor shaft can be eliminated, which means that particularly low loads on the active part can be achieved during operation. Furthermore, the rotor shaft can be designed with a particularly small wall thickness, since there is no need to provide feather keys or slot nuts or recesses for this on the rotor shaft for a rotationally fixed connection of the rotor shaft to the active part. By designing the rotor shaft with the particularly small wall thickness, the rotor can be manufactured with particularly low weight. In addition, the rotor has particularly low mechanical stresses due to the lack of pressure between the active part and the rotor shaft and can therefore be provided in a particularly stable manner. This allows the rotor to have a particularly long service life.

In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Aktivteil an der der Ausnehmung gegenüberliegenden Stirnseite mittels einer Wellenmutter gegen die Wellenschulter in axialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt wird. Bei der Wellenmutter handelt es sich um ein Maschinenelement zur axialen Sicherung des Aktivteils auf der Rotorwelle. Die Wellenmutter wird auf die Rotorwelle aufgeschraubt. Hierfür kann die Wellenmutter ein Innengewinde aufweisen, über welches die Wellenmutter auf ein Außengewinde der Rotorwelle aufgeschraubt werden kann. Durch das Aufschrauben der Wellenmutter auf die Rotorwelle wird das Aktivteil in axialer Richtung auf die Wellenschulter mit dem Mitnehmerzapfen gedrückt, wodurch eine Gefahr eines Lösens des Mitnehmerzapfens aus der Ausnehmung reduziert werden kann. Die Wellenmutter ermöglicht somit ein besonders sicheres Halten des Mitnehmerzapfens in der Ausnehmung des Aktivteils, wodurch wiederum die drehfeste Verbindung des Aktivteils an der Rotorwelle gesichert ist.In a possible development of the invention, it is provided that the active part is subjected to a force in the axial direction by means of a shaft nut against the shaft shoulder on the end face opposite the recess. The shaft nut is a machine element for axially securing the active part on the rotor shaft. The shaft nut is screwed onto the rotor shaft. For this purpose, the shaft nut can have an internal thread, via which the shaft nut can be screwed onto an external thread of the rotor shaft. By screwing the shaft nut onto the rotor shaft, the active part is pressed in the axial direction onto the shaft shoulder with the driving pin, which can reduce the risk of the driving pin coming loose from the recess. The shaft nut thus enables the driving pin to be held particularly securely in the recess of the active part, which in turn ensures the rotation-proof connection of the active part to the rotor shaft.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Aktivteil eine Vielzahl von in axialer Richtung aufeinander gestapelten Blechen umfasst, welche stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Durch die stoffschlüssige Verbindung der aufeinander gestapelten Bleche bildet das Aktivteil die feste Einheit. Unter der stoffschlüssigen Verbindung ist zu verstehen, dass die Bleche durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Bei dieser stoffschlüssigen Verbindung handelt es sich um eine nicht lösbare Verbindung, die nur durch Zerstörung der Bleche getrennt werden kann. Durch die stoffschlüssige Verbindung der Bleche sind die Bleche besonders sicher aneinander gehalten, wodurch ein Verdrehen der Bleche des Aktivteils relativ zueinander um die Rotationsachse sicher unterbunden werden kann.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the active part comprises a plurality of sheets stacked on top of one another in the axial direction, which are connected to one another in a materially bonded manner. Due to the material connection of the sheets stacked on top of each other, the active part forms a solid unit. The material connection means that the sheets are held together by atomic or molecular forces. This cohesive connection is a non-detachable connection that can only be separated by destroying the sheets. Due to the cohesive connection of the sheets, the sheets are held particularly securely together, which means that twisting of the sheets of the active part relative to one another about the axis of rotation can be reliably prevented.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Aktivteil gesintert ist. Beim Sintern handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von Metallteilen oder Keramikteilen. Beim Sintern wird ein pulverförmiges Ausgangsmaterial zusammengepresst, wodurch ein fein- oder grobkörniger Grünkörper entsteht. Bei einer anschließenden Temperaturbehandlung erhält dieser Grünkörper seine endgültige Form und wird somit zu einem festen Werkstück. Für das Verbinden der jeweiligen Bleche über das Sintern kann zwischen den Blechen das pulverförmige Ausgangsmaterial angeordnet werden, die Bleche aufeinandergedrückt werden und anschließend das Aktivteil einer Temperaturbehandlung unterzogen werden. Alternativ kann das gesamte Aktivteil als ein großes Werkstück im Rahmen des Sinterns einstückig hergestellt werden. Bei dem Sintern handelt es sich um ein besonders kostengünstiges Verfahren, bei welchem Produktionsmaterialien effektiv ausgenutzt werden können. Weiterhin ermöglicht das Sintern das Herstellen des Aktivteils mit komplexen Geometrien. In a further possible embodiment of the invention, it can be provided that the active part is sintered. Sintering is a process for producing metal parts or ceramic parts. During sintering, a powdery starting material is pressed together, creating a fine or coarse-grained green body. During a subsequent temperature treatment, this green body takes on its final shape and thus becomes a solid workpiece. To connect the respective sheets via sintering, the powdery starting material can be arranged between the sheets, the sheets can be pressed together and the active part can then be subjected to a temperature treatment. Alternatively, the entire active part can be manufactured in one piece as a large workpiece during sintering. Sintering is a particularly cost-effective process in which production materials can be used effectively. Furthermore, sintering enables the production of the active part with complex geometries.

In einer weiteren, alternativen möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bleche mittels eines Backlacks miteinander verbunden sind. Für das Verbinden der Bleche mittels des Backlacks werden die Bleche mit dem Backlack beschichtet. Anschließend werden die Bleche in einem Backofen miteinander verbacken. Durch die Einwirkung von Druck und Hitze reagiert der Backlack. Sobald der Backlack ausgehärtet ist, sind die Bleche zu dem festen Aktivteil verbunden. Das Verbinden der Bleche mittels des Backlacks ermöglicht einen ungestörten Magnetfluss. Weiterhin entstehen durch den Backlack keine Spannungen oder Materialverformungen und magnetische Eigenschaften der Bleche bleiben voll erhalten. Weiter entsteht durch das Verbinden der Bleche mittels des Backlacks kein Frequenzbrummen, wie es bei mechanischer Verbindung der Bleche vorkommen kann. Die Backlacktechnologie ermöglicht komplizierte Geometrien des Aktivteils, bei denen keine Nachbearbeitung für hohe Genauigkeitsanforderungen nötig ist.In a further, alternative possible embodiment of the invention, it is provided that the sheets are connected to one another using a baking varnish. To connect the sheets using the baking varnish, the sheets are coated with the baking varnish. The sheets are then baked together in an oven. The baking varnish reacts under the influence of pressure and heat. As soon as the baking varnish has hardened, the sheets are connected to the solid active part. Connecting the sheets using the baking varnish enables undisturbed magnetic flow. Furthermore, the baking varnish does not cause any tension or material deformation and the magnetic properties of the sheets are fully retained. Furthermore, connecting the sheets using the baking varnish does not produce any frequency hum, as can occur when the sheets are connected mechanically. The baking varnish technology enables complicated geometries of the active part where no post-processing is necessary for high accuracy requirements.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Mitnehmerzapfen einstückig mit der Wellenschulter ausgebildet ist. Das bedeutet, dass der Mitnehmerzapfen und die Wellenschulter einteilig und somit aus einem einzigen Stück gebildet sind. Durch die einstückige Ausgestaltung des Mitnehmerzapfens mit der Wellenschulter ist der Mitnehmerzapfen besonders sicher an der Wellenschulter gehalten. Eine Gefahr eines Lösens des Mitnehmerzapfens von der Wellenschulter kann besonders gering gehalten werden.In a further possible embodiment of the invention it is provided that the driving pin is formed in one piece with the shaft shoulder. This means that the driving pin and the shaft shoulder are in one piece and are therefore formed from a single piece. Due to the one-piece design of the driving pin with the shaft shoulder, the driving pin is held particularly securely on the shaft shoulder. The risk of the driving pin becoming detached from the shaft shoulder can be kept particularly low.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Rotor mehrere Mitnehmerzapfen umfasst, welche insbesondere gleichmäßig über den Umfang der Rotorwelle verteilt angeordnet sind. Das bedeutet, dass an der Wellenschulter die mehreren Mitnehmerzapfen vorgesehen sind. Diese Mitnehmerzapfen befinden sich gleichmäßig um die Rotationsachse der Rotorwelle herum an der Wellenschulter. Hierbei stehen sämtliche Mitnehmerzapfen axial von der Wellenschulter in die gleiche Richtung ab. Jeder Mitnehmerzapfen ist in eine zugeordnete Ausnehmung des Aktivteils des Rotors eingesteckt. Hierdurch kann eine besonders geringe Belastung der jeweiligen Mitnehmerzapfen beim Übertragen des Drehmoments von dem Aktivteil auf die Rotorwelle erreicht werden, wodurch wiederum eine Gefahr eines Abbrechens der jeweiligen Mitnehmerzapfen von der Wellenschulter besonders gering gehalten werden kann.In a further possible embodiment of the invention it is provided that the rotor comprises several driving pins, which are arranged in particular evenly distributed over the circumference of the rotor shaft. This means that several driving pins are provided on the shaft shoulder. These driving pins are located evenly around the axis of rotation of the rotor shaft on the shaft shoulder. All driving pins protrude axially from the shaft shoulder in the same direction. Each driver pin is inserted into an assigned recess in the active part of the rotor. As a result, a particularly low load on the respective driver pins can be achieved when transmitting the torque from the active part to the rotor shaft, which in turn means that the risk of the respective driver pins breaking off from the shaft shoulder can be kept particularly low.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Rotorwelle einen an die Wellenschulter anschließenden Zentrierbund aufweist, an welchem das Aktivteil anliegt, wodurch das Aktivteil radial zur Rotorwelle zentriert ist. Mit anderen Worten liegt das Aktivteil in radialer Richtung auf dem Zentrierbund der Rotorwelle auf, wodurch das Aktivteil relativ zu der Rotorwelle radial zentriert ist. Insbesondere kann das Aktivteil zumindest leicht auf den Zentrierbund aufgepresst sein, um das präzise Zentrieren des Aktivteils zu der Rotorwelle zu ermöglichen. Der Zentrierbund umschließt die Rotorwelle in einem Längenabschnitt der Rotorwelle, welcher an die Wellenschulter anschließt, über den gesamten Umfang der Rotorwelle und somit radial. Hierbei wird der Zentrierbund durch eine lokale Vergrößerung des Außendurchmessers der Rotorwelle bereitgestellt.In a further possible embodiment of the invention, it is provided that the rotor shaft has a centering collar adjoining the shaft shoulder, against which the active part rests, whereby the active part is centered radially to the rotor shaft. In other words, the active part rests in the radial direction on the centering collar of the rotor shaft, whereby the active part is radially centered relative to the rotor shaft. In particular, the active part can be pressed at least slightly onto the centering collar in order to enable precise centering of the active part to the rotor shaft. The centering collar encloses the rotor shaft in a length section of the rotor shaft which adjoins the shaft shoulder, over the entire circumference of the rotor shaft and thus radially. Here, the centering collar is provided by a local increase in the outer diameter of the rotor shaft.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorwelle in einem Längenbereich eine umfangsseitige Verjüngung aufweist, wodurch zwischen der Rotorwelle und dem Aktivteil ein umlaufender Luftspalt angeordnet ist. Insbesondere kann sich der die umfangsseitige Verjüngung aufweisende Längenbereich der Rotorwelle unmittelbar an den Längenbereich der Rotorwelle anschließen, welcher den Zentrierbund aufweist. Somit schließt sich die Verjüngung unmittelbar an den Zentrierbund an. Durch die umfangsseitige Verjüngung der Rotorwelle kann die Rotorwelle mit einer besonders dünnen Wandstärke hergestellt werden, wodurch die Rotorwelle wiederum ein besonders geringes Gewicht aufweist.In a further possible embodiment of the invention it is provided that the rotor shaft has a circumferential taper in a length region, whereby a circumferential air gap is arranged between the rotor shaft and the active part. In particular, the length region of the rotor shaft which has the circumferential taper can directly adjoin the length region of the rotor shaft which has the centering collar. The taper therefore follows directly on to the centering collar. Due to the circumferential taper of the rotor shaft, the rotor shaft can be produced with a particularly thin wall thickness, which in turn means that the rotor shaft has a particularly low weight.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem Rotor, wie er bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rotor beschrieben worden ist. Der Rotor ist insbesondere Teil einer elektrischen Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs und dazu eingerichtet, relativ zu einem Stator der elektrischen Traktionsmaschine um eine Rotationsachse gedreht zu werden. Das Kraftfahrzeug ist dazu eingerichtet, mittels elektrischer Energie aus einer Batterie des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Hochvolt-Batterie, über die elektrische Traktionsmaschine angetrieben zu werden.The invention further relates to a motor vehicle with a rotor, as has already been described in connection with the rotor according to the invention. The rotor is in particular part of an electric traction machine of the motor vehicle and is designed to be rotated about an axis of rotation relative to a stator of the electric traction machine. The motor vehicle is set up to be driven via the electric traction machine using electrical energy from a battery of the motor vehicle, in particular a high-voltage battery.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of the invention to leave.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur (1) eine schematische Schnittansicht eines Rotors für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs.The drawing shows in the only figure ( 1 ) a schematic sectional view of a rotor for an electrical machine of a motor vehicle.

In 1 ist ein Rotor 10 für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs teilgeschnitten dargestellt. Dieser Rotor 10 ist dazu eingerichtet, relativ zu einem Stator der elektrischen Traktionsmaschine um eine Rotationsachse 12 gedreht zu werden, wodurch Räder des Kraftfahrzeugs in Rotation versetzt werden können, wodurch wiederum das Kraftfahrzeug angetrieben wird.In 1 a rotor 10 for an electrical machine of a motor vehicle is shown in partial section. This rotor 10 is designed to be rotated about an axis of rotation 12 relative to a stator of the electric traction machine, whereby wheels of the motor vehicle can be set in rotation, which in turn drives the motor vehicle.

Der Rotor 12 umfasst eine Rotorwelle 14 sowie ein Aktivteil 16, welche drehfest miteinander verbunden sind und gemeinsam um die Rotationsachse 12 im Betrieb der elektrischen Traktionsmaschine gedreht werden. Das Aktivteil 16 ist vorliegend als Blechpaket mit einer Vielzahl an in axialer Richtung A des Rotors 10 aufeinander gestapelten Blechen ausgebildet. Diese Bleche sind stoffschlüssig miteinander verbunden, wodurch das Aktivteil eine feste Einheit bildet. Für das stoffschlüssige Verbinden der Bleche zu dem Aktivteil 16 sind die Bleche in einem Backlackverfahren miteinander verbunden. Dadurch, dass das Aktivteil 16 eine feste Einheit bildet, wird ein Ausscheren einzelner Bleche des Aktivteils 16 bei einem Betrieb der elektrischen Traktionsmaschine und somit bei einem Rotieren des Aktivteils 16 um die Rotationsachse 12 in radialer Richtung R unterbunden. Die axiale Richtung A und die radiale Richtung R beziehen sich jeweils auf die Rotationsachse 12, wobei die axiale Richtung A mit der Längserstreckungsrichtung der Rotationsachse 12 zusammenfällt und die radiale Richtung R senkrecht auf der Längserstreckungsrichtung der Rotationsachse 12 steht.The rotor 12 includes a rotor shaft 14 and an active part 16, which are connected to one another in a rotationally fixed manner and are rotated together about the axis of rotation 12 during operation of the electric traction machine. In the present case, the active part 16 is designed as a laminated core with a large number of sheets stacked on top of one another in the axial direction A of the rotor 10. These sheets are materially connected to each other, so that the active part forms a solid unit. For the cohesive connection of the sheets to the active part 16, the sheets are connected to one another in a baking varnish process. Because the active part 16 forms a solid unit, individual sheets of the active part 16 are prevented from shearing out during operation of the electric traction machine and thus when the active part 16 rotates about the axis of rotation 12 in the radial direction R. The axial direction A and the radial direction R each relate to the axis of rotation 12, whereby the axial direction A coincides with the longitudinal direction of the rotation axis 12 and the radial direction R is perpendicular to the longitudinal direction of the rotation axis 12.

Die Rotorwelle 14 ist vorliegend als Hohlwelle ausgebildet. Weiterhin weist die Rotorwelle 14 eine Wellenschulter 18 auf, welche radial von der Rotorwelle 14 absteht. Die Wellenschulter 18 erstreckt sich über den gesamten Umfang der Rotorwelle 14 und bildet somit einen radialen Kragen der Rotorwelle 14. Von der Wellenschulter 18 steht auf der dem Aktivteil 16 zugewandten Seite der Wellenschulter 18 wenigstens ein Mitnehmerzapfen 20 in axialer Richtung A ab. Vorliegend sind an der Wellenschulter 18 sechs Mitnehmerzapfen 20 an der dem Aktivteil 16 zugewandten Seite und in axialer Richtung A abstehend angeordnet. Hierbei sind die Mitnehmerzapfen 20 gleichmäßig um die Rotationsachse 12 verteilt an der Wellenschulter 18 angeordnet. Das bedeutet, dass sämtliche Mitnehmerzapfen 20 zumindest im Wesentlichen den gleichen Abstand zu der Rotationsachse 12 aufweisen und sämtliche Mitnehmerzapfen 20 mit der Rotationsachse 12 und den jeweiligen benachbarten Mitnehmerzapfen 20 den gleichen Winkel einschließen. Vorliegend schließt jeder Mitnehmerzapfen 20 mit der Rotationsachse 12 und den jeweiligen benachbarten Mitnehmerzapfen 20 jeweils einen Winkel von 60 Grad ein.The rotor shaft 14 is designed here as a hollow shaft. Furthermore, the rotor shaft 14 has a shaft shoulder 18, which extends radially from the Rotor shaft 14 protrudes. The shaft shoulder 18 extends over the entire circumference of the rotor shaft 14 and thus forms a radial collar of the rotor shaft 14. At least one driver pin 20 protrudes from the shaft shoulder 18 in the axial direction A on the side of the shaft shoulder 18 facing the active part 16. In the present case, six driving pins 20 are arranged on the shaft shoulder 18 on the side facing the active part 16 and protruding in the axial direction A. Here, the driver pins 20 are arranged on the shaft shoulder 18 evenly distributed around the axis of rotation 12. This means that all driver pins 20 are at least essentially the same distance from the rotation axis 12 and all driver pins 20 enclose the same angle with the rotation axis 12 and the respective adjacent driver pins 20. In the present case, each driver pin 20 forms an angle of 60 degrees with the axis of rotation 12 and the respective adjacent driver pins 20.

Das Aktivteil 16 weist für jeden Mitnehmerzapfen 20 eine Ausnehmung 22 auf, in welche der zugeordnete Mitnehmerzapfen 20 eingesteckt werden kann und vorliegend eingesteckt ist. Vorliegend erstrecken sich die jeweiligen Ausnehmungen 22 des Aktivteils 16 in axialer Richtung A durch das gesamte Aktivteil 16 hindurch. Alternativ können sich die jeweiligen Ausnehmungen 22 lediglich in einem Längenbereich des Aktivteils 16 in axialer Richtung in das Aktivteil 16 hinein erstrecken. Durch das Eingreifen der jeweiligen Mitnehmerzapfen 20 in die zugeordneten Ausnehmungen 22 des Aktivteils 16 ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem Aktivteil 16 und der Rotorwelle 14 über die Wellenschulter 18 hergestellt.The active part 16 has a recess 22 for each driver pin 20, into which the associated driver pin 20 can be inserted and is inserted in the present case. In the present case, the respective recesses 22 of the active part 16 extend in the axial direction A through the entire active part 16. Alternatively, the respective recesses 22 can only extend into the active part 16 in the axial direction in a length region of the active part 16. By engaging the respective driver pins 20 in the associated recesses 22 of the active part 16, a rotation-proof connection is established between the active part 16 and the rotor shaft 14 via the shaft shoulder 18.

Um ein Lösen der Mitnehmerzapfen 20 aus den zugeordneten Ausnehmungen 22 zu unterbinden, umfasst der Rotor 10 vorliegend eine Wellenmutter 24, welche auf die Rotorwelle 14 in axialer Richtung A aufgeschraubt ist. Hierbei fällt eine Schraubachse der Wellenmutter 24 mit der Rotationsachse 12 des Rotors 10 zusammen. Die Wellenmutter 24 wird somit konzentrisch zur Rotorwelle 14 auf die Rotorwelle 14 aufgeschraubt. Im aufgeschraubten Zustand liegt die Wellenmutter 24 an einer der Wellenschulter 18 gegenüberliegenden Seite des Aktivteils 16 an dem Aktivteil 16 an. Mittels der Wellenmutter 24 wird das Aktivteil 16 gegen die Wellenschulter 18 gedrückt, sodass ein Lösen des Aktivteils 16 von den Mitnehmerzapfen 20 unterbunden wird. Über diese Konstruktion ist das Aktivteil 16 besonders sicher drehfest an der Rotorwelle 14 gehalten. Aufgrund der Wellenmutter 24, mittels welcher das Aktivteil 16 auf die Wellenschulter 18 gedrückt wird, kann der beschriebene Rotor 10 besonders einfach und schnell montiert werden.In order to prevent the driver pins 20 from coming loose from the associated recesses 22, the rotor 10 in the present case comprises a shaft nut 24, which is screwed onto the rotor shaft 14 in the axial direction A. Here, a screw axis of the shaft nut 24 coincides with the axis of rotation 12 of the rotor 10. The shaft nut 24 is thus screwed onto the rotor shaft 14 concentrically to the rotor shaft 14. When screwed on, the shaft nut 24 lies against the active part 16 on a side of the active part 16 opposite the shaft shoulder 18. By means of the shaft nut 24, the active part 16 is pressed against the shaft shoulder 18, so that the active part 16 is prevented from detaching from the driving pin 20. With this construction, the active part 16 is held particularly securely and non-rotatably on the rotor shaft 14. Due to the shaft nut 24, by means of which the active part 16 is pressed onto the shaft shoulder 18, the rotor 10 described can be assembled particularly easily and quickly.

Um eine Zentrierung des Aktivteils 16 in radialer Richtung R relativ zu der Rotorwelle 14 besonders einfach umzusetzen, weist die Rotorwelle 14 wenigstens einen, vorliegend zwei, Zentrierbünde 26 auf. Der erste Zentrierbund 26 schließt vorliegend unmittelbar an die Wellenschulter 18 an. Der zweite Zentrierbund 26 ist an einem der Wellenschulter 18 gegenüberliegenden Ende des Aktivteils 16 angeordnet. Im Bereich der Zentrierbünde 26 liegt das Aktivteil 16 radial außenseitig an der Rotorwelle 14 an. Die Zentrierbünde 26 bilden somit eine Auflage für das Aktivteil zur radialen Zentrierung. Die Zentrierbünde 26 dienen einer Ausrichtung des Aktivteils 16 zu der Rotorwelle 14.In order to particularly easily implement centering of the active part 16 in the radial direction R relative to the rotor shaft 14, the rotor shaft 14 has at least one, in this case two, centering collars 26. In the present case, the first centering collar 26 connects directly to the shaft shoulder 18. The second centering collar 26 is arranged at an end of the active part 16 opposite the shaft shoulder 18. In the area of the centering collars 26, the active part 16 lies radially on the outside of the rotor shaft 14. The centering collars 26 thus form a support for the active part for radial centering. The centering collars 26 serve to align the active part 16 with the rotor shaft 14.

Die Wellenschulter 18 mit dem wenigstens einen Mitnehmerzapfen 20 ist vorliegend an der Abtriebsseite und somit der mit dem Getriebe verbundenen Seite der Rotorwelle 14 angeordnet. Bei den jeweiligen Ausnehmungen 22 kann es sich um Freistellungen im Aktivteil 16 zur Aufnahme der jeweiligen zugeordneten Mitnehmerzapfen 20 handeln. Vorliegend weist die Rotorwelle 14 in einem sich von dem ersten Zentrierbund 26 zu dem zweiten Zentrierbund 26 entlang der axialen Richtung A erstreckenden Längenbereich 30 eine reduzierte Wandstärke auf, wodurch die Rotorwelle 14 ein besonders geringes Gewicht aufweist. Zwischen den Zentrierbünden 26 weist die Rotorwelle 14 somit über ihren gesamten Umfang eine Verjüngung der Wandstärke auf. Hierdurch ergibt sich vorliegend ein Luftspalt 28 zwischen dem Aktivteil 16 und der Rotorwelle 16 in dem sich von dem ersten Zentrierbund 26 bis zu dem zweiten Zentrierbund 26 erstreckenden Längenbereich 30 der Rotorwelle 14.The shaft shoulder 18 with the at least one driver pin 20 is in the present case arranged on the output side and thus on the side of the rotor shaft 14 connected to the transmission. The respective recesses 22 can be exemptions in the active part 16 for receiving the respective associated driving pins 20. In the present case, the rotor shaft 14 has a reduced wall thickness in a length region 30 extending from the first centering collar 26 to the second centering collar 26 along the axial direction A, as a result of which the rotor shaft 14 has a particularly low weight. Between the centering collars 26, the rotor shaft 14 thus has a tapering of the wall thickness over its entire circumference. This results in an air gap 28 between the active part 16 and the rotor shaft 16 in the length region 30 of the rotor shaft 14 extending from the first centering collar 26 to the second centering collar 26.

Hintergrund des beschriebenen Rotors 10 ist, dass Rotoren für elektrische Antriebsmaschinen meist aus einem Aktivteil als Träger für eine Rotorwicklung, Kurzschlussstäbe oder Permanentmagnete sowie einer Rotorwelle bestehen. Bei dem beschriebenen Rotor 10 kann das Drehmoment besonders gut zwischen dem Aktivteil 16 und der Rotorwelle 14 übertragen werden.The background to the rotor 10 described is that rotors for electric drive machines usually consist of an active part as a carrier for a rotor winding, short-circuit bars or permanent magnets and a rotor shaft. In the rotor 10 described, the torque can be transmitted particularly well between the active part 16 and the rotor shaft 14.

Es ist bereits bekannt, einen Presssitz zwischen einem Rotorblechpaket und einer Rotorwelle vorzusehen oder einen radialen Formschluss zwischen dem Rotorblechpaket und Rotorwellen in Form von Passfedern umzusetzen. Beim Presssitz können erhöhte Fertigungskosten der Rotorfertigung entstehen, um einen thermischen Presssitz zwischen Blechpaket und Rotorwelle herstellen zu können. Für diesen thermischen Presssitz ist die Rotorwelle zu kühlen und/oder das Blechpaket zu erwärmen. Der Presssitz zwischen der Rotorwelle und dem Blechpaket kann zu hohen mechanischen Belastungen im Blechpaket führen und infolgedessen zu erhöhten Spannungen und zu einem axialen Ausweichen von Blechlamellen des Blechpakets führen, was als sogenanntes Tellern bezeichnet wird. Das Tellern kann nach Inbetriebnahme des Rotors zu einer Unwuchtverschlechterung und Akustikbeanstandungen führen. Beim Tellern richten sich die Blechlamellen unter Drehzahl teilweise auf, was aufgrund der Reibung zwischen den Blechlamellen ein nicht komplett reversibler Vorgang ist.It is already known to provide a press fit between a rotor laminated core and a rotor shaft or to implement a radial positive fit between the rotor laminated core and rotor shafts in the form of keys. With a press fit, increased manufacturing costs for rotor production can arise in order to be able to produce a thermal press fit between the laminated core and the rotor shaft. For this thermal press fit, the rotor shaft must be cooled and/or the laminated core must be heated. The press fit between the rotor shaft and the laminated core can lead to high mechanical loads in the laminated core and, as a result, lead to increased stresses and axial deflection of the laminated metal lamellas of the laminated core ren, which is referred to as so-called dishing. The disking can lead to a worsening of the imbalance and acoustic problems after the rotor has been put into operation. When plated, the sheet metal lamellae partially straighten at high speed, which is not a completely reversible process due to the friction between the sheet metal lamellae.

Nachteilig an dem radialen Formschluss ist, dass erhöhte Fertigungskosten für eine Einbringung von Passfedern beziehungsweise Nutsteinen in die Rotorwelle auftreten können. Weiterhin ist eine erhöhte Wandstärke der Rotorwelle notwendig, um die Passfedern beziehungsweise Nutsteine aufnehmen zu können. Ein Formschluss mit Passfedern ist grundsätzlich spielbehaftet, sodass weitere Maßnahmen erforderlich sind, um Spielfreiheit zu gewährleisten.The disadvantage of the radial positive connection is that increased manufacturing costs can arise for the introduction of keys or slot nuts into the rotor shaft. Furthermore, an increased wall thickness of the rotor shaft is necessary in order to be able to accommodate the keys or slot nuts. A form fit with feather keys is generally subject to backlash, so further measures are required to ensure freedom from backlash.

Bei dem Rotor 10 wird das Aktivteil 16 in Backlackausführung oder in Form sonstiger Pakete, bei welchen Blechlamellen fest miteinander verbunden sind, oder ein gesintertes Paket als Aktivteil 16 genutzt. Im Aktivteil 16 sind stirnseitig Freistellungen vorgesehen, bei welchen es sich um die Ausnehmungen 22 handelt, welche dazu eingerichtet sind, die Mitnehmerzapfen 20, die an der Wellenschulter 18 der Rotorwelle 14 angebracht sind, aufzunehmen. Das Drehmoment aus dem Aktivteil 16 wird über die Mitnehmerzapfen 20 stirnseitig in die Rotorwelle 14 über die Wellenschulter 18 eingeleitet. Das Aktivteil 16 wird auf der der Wellenschulter 18 gegenüberliegenden Seite mittels der Wellenmutter 24 an die mit dem Mitnehmerzapfen 20 versehene Wellenschulter 18 angepresst. Radial wird das Aktivteil 16 vorliegend nur an seinen beiden Enden über die Zentrierbünde 26 relativ zu der Rotorwelle 14 ausgerichtet. Dies kann durch einen leichten Presssitz erfolgen, welcher bei Raumtemperatur gefügt werden kann. Zwischen den Zentrierbünden 26 ist die Wandstärke der Rotorwelle 14 vorliegend verjüngt, da in diesem Längenbereich 30 nur die Zugkräfte zur Vorspannung der Wellenmutter 24 zu übertragen sind und somit in diesem Längenbereich 30 keine Belastung durch einen Presssitz auftritt.In the case of the rotor 10, the active part 16 is used in a baked lacquer design or in the form of other packages in which sheet metal lamellas are firmly connected to one another, or a sintered package is used as the active part 16. In the active part 16, clearances are provided on the front side, which are the recesses 22, which are designed to receive the driving pins 20, which are attached to the shaft shoulder 18 of the rotor shaft 14. The torque from the active part 16 is introduced via the driving pins 20 into the front of the rotor shaft 14 via the shaft shoulder 18. The active part 16 is pressed onto the shaft shoulder 18 provided with the driving pin 20 on the side opposite the shaft shoulder 18 by means of the shaft nut 24. In the present case, the active part 16 is radially aligned relative to the rotor shaft 14 only at its two ends via the centering collars 26. This can be done with a slight press fit, which can be joined at room temperature. In the present case, the wall thickness of the rotor shaft 14 is tapered between the centering collars 26, since in this length range 30 only the tensile forces for pre-tensioning the shaft nut 24 are to be transmitted and therefore no load due to a press fit occurs in this length range 30.

Vorteilhaft an dem Rotor 10 ist, dass lediglich besonders geringe Fertigungskosten für das Herstellen des Rotors 10 notwendig sind. Darüber hinaus handelt es sich bei dem Rotor 10 um einen besonders stabilen Rotor 10, insbesondere ohne Unwuchtveränderung. Durch die besonders dünne Wandstärke der Rotorwelle 14 weist der Rotor 10 darüber hinaus einen Gewichtsvorteil auf. Aufgrund der besonders geringen Belastung des Aktivteils 16 können weitere Gewichtsvorteile gewonnen werden.The advantage of the rotor 10 is that only particularly low manufacturing costs are necessary for producing the rotor 10. In addition, the rotor 10 is a particularly stable rotor 10, in particular without any change in unbalance. Due to the particularly thin wall thickness of the rotor shaft 14, the rotor 10 also has a weight advantage. Due to the particularly low load on the active part 16, further weight advantages can be gained.

Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine Momentenübertragung im Rotor 10 einer elektrischen Antriebsmaschine über einen stirnseitigen Formschluss erfolgen kann.Overall, the invention shows how torque can be transmitted in the rotor 10 of an electric drive machine via a positive fit at the front.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010: Rotorrotor
1212: RotationsachseAxis of rotation
1414: RotorwelleRotor shaft
1616: AktivteilActive part
1818: Wellenschulterwave shoulder
2020: Mitnehmerzapfendriving pin
2222: Ausnehmungrecess
2424: Wellenmuttershaft nut
2626: ZentrierbundCentering collar
2828: Luftspaltair gap
3030: LängenbereichLength range
AA: axiale Richtungaxial direction
RR: radiale Richtungradial direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009046838 A1 [0002]

Claims

Rotor (10) for an electric traction machine of a motor vehicle, with an active part (16) and with a rotor shaft (14), which has a shaft shoulder (18) with at least one axially projecting driver pin (20), the active part (16) having a fixed Forms a unit and has a front recess (22) into which the driver pin (20) engages, whereby the active part (16) is connected to the rotor shaft (14) in a rotationally fixed manner.

Rotor (10). Claim 1 , characterized in that the active part (16) on the end face opposite the recess (22) is subjected to a force against the shaft shoulder (18) in the axial direction (A) by means of a shaft nut (24).

Rotor (10). Claim 1 or 2 , characterized in that the active part (16) comprises a plurality of sheets stacked on top of one another in the axial direction, which are materially connected to one another.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the active part (16) is sintered.

Rotor (10). Claim 3 , characterized in that the sheets are connected to one another using a baking varnish.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the driving pin (20) is formed in one piece with the shaft shoulder (18).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of driving pins (20) are provided, which are arranged in particular evenly distributed over the circumference of the rotor shaft (14).

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor shaft (14) has a centering collar (26) adjoining the shaft shoulder (18), on which the active part (16) rests, whereby the active part (16) is radially to Rotor shaft (14) is centered.

Rotor (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor shaft (14) has a circumferential taper in a length region (30), whereby a circumferential air gap (28) is arranged between the rotor shaft (14) and the active part (16). is.

Motor vehicle with a rotor (10) according to one of the preceding claims.