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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Antriebsmotor, mit einem Motorgehäuse, in dem ein gehäusefester Stator und ein drehbar gelagerter Rotor koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Stator einen mehrere Statorzähne aufweisenden Statorkern und zumindest eine elektrisch leitfähige Antriebswicklung aufweist, die an dem Statorkern angeordnet ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere elektromechanische Bremseinrichtung oder elektrohydraulische Bremseinrichtung, mit wenigstens einem ansteuerbaren elektrischen Aktuator, der die oben genannte elektrische Maschine aufweist.
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Stand der Technik
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Zum Schutz der Antriebswicklung wird üblicherweise der Stator einer Elektromaschine von einem Gehäuse, im Folgenden als Motorgehäuse bezeichnet, umgeben. In diesem Motorgehäuse ist der Stator gehäusefest, also fest in Bezug auf das Motorgehäuse, angeordnet. Außerdem ist in dem Motorgehäuse ein Rotor drehbar innerhalb des Stators gelagert. Zur Montage ist es bekannt, den Stator in das Motorgehäuse einzuschrumpfen oder einzukleben, um die feste Verbindung zu dem Gehäuse zu realisieren. Im Betrieb können aufgrund der Drehmomenterzeugung innermotorische Radial- und Tangentialkräfte entstehen, die über den Stator in das Motorgehäuse übertragen. Das Motorgehäuse muss diese Kräfte zur Lagerung des Stators und Motors sicher aufnehmen. Je nach Motortypologie sind diese Kräfte in ihrer Wirkrichtung, Wirkgröße und Wirkverteilung, insbesondere in Umfang des Motorgehäuses gesehen, unterschiedlich ausgeprägt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine vorteilhafte Lagerung des Stators in dem Motorgehäuse geboten wird, durch welche die Übertragung von Kräften, die insbesondere zu einem auffälligen Geräuschverhalten führen können, in das Motorgehäuse reduziert wird. Dadurch wird erreicht, dass der Betrieb der elektrischen Maschine beispielsweise für Insassen des Kraftfahrzeugs beispielsweise weniger auffällig ist oder gar nicht auffällt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Statorkern mehrere über seinen Außenumfang verteilt angeordnete und zumindest bereichsweise elastisch verformbare Federelemente aufweist, die einstückig mit dem Statorkern ausgebildet und radial gegen eine Innenseite des Motorgehäuses vorgespannt sind. Der Statorkern weist somit integrierte beziehungsweise einstückig mit dem Statorkern ausgebildete Federelemente auf. Bei der Montage werden die Federelemente elastisch verformt und dadurch vorgespannt, sodass die Federelemente im Endmontagezustand eine Radialkraft gegen die Innenseite des Motorgehäuses ausüben. Durch diese Radialkraft wird der Statorkern in dem Motorgehäuse ausgerichtet, gehalten und gelagert. Treten Vibrationen während des Betriebs der elektrischen Maschine auf, so werden die Federelemente elastisch beansprucht. Durch ihre elastische Verformbarkeit erlauben sie eine Verschiebung des Statorkerns relativ zu dem Motorgehäuse, wodurch Kräfte abgebaut werden, wodurch das Geräuschverhalten der elektrischen Maschine optimiert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Statorkern ein Statorblechpaket aus einer Vielzahl von axial aneinander anliegenden Statorblechen auf, wobei jedes Federelement mit jeweils einem der Statorbleche einstückig verbunden ist. Die Ausbildung eines Statorkerns aus einem Statorblechpaket mit einer Vielzahl von Statorblechen ist grundsätzlich bekannt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist nun das Statorblechpaket mehrere einstückig mit Statorblechen ausgebildete Federelemente auf. Dabei kann das jeweilige Federelement mit nur einem der Statorbleche, mit nur einigen der Statorblechen oder mit allen der Statorbleche einstückig ausgebildet sein. Ist das Federelement mit mehreren Statorblechen einstückig ausgebildet, so ist hierunter zu verstehen, dass die Statorbleche jeweils einen Federelementteil einstückig aufweisen, wie beispielsweise eine radial vorstehende Federzunge, die dann axial fluchtend mit der Federzunge eines anderen Statorblechs ausgerichtet ist, sodass die Federzungen zusammen das Federelement ausbilden, wobei die Federzungen voneinander getrennt, aber mit dem jeweiligen Statorblech einstückig ausgebildet sind. Die Federzungen oder Federelemente eines jeweiligen Statorblechs sind grundsätzlich bevorzugt fluchtend oder versetzt zu Federelementen oder Federzungen eines anderen der Statorbleche angeordnet. Je nach Ausführungsform oder Typ der elektrischen Maschine können sich hier unterschiedliche Konstellationen ergeben, die von Vorteil für die Schwingungsdämpfung sind.
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Bevorzugt weist jedes Statorblech wenigstens ein Federelement oder wenigstens eine Federzunge auf. Durch eine passende Anordnung der Statorbleche zueinander weist der Statorkern dann mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Federelemente auf. Dazu werden die Statorbleche um einen vorbestimmten Winkel zueinander in Bezug auf das jeweilige Federelement beziehungsweise die jeweilige Federzunge verdreht.
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Vorzugsweise weist jedes Statorblech eine Vielzahl von insbesondere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Federelemente oder Federzungen auf. Vorzugsweise liegen die Federelemente oder Federzungen benachbarter Statorbleche axial fluchtend zueinander, sodass die fluchtenden Federelemente beziehungsweise Federzungen der Statorbleche zusammen ein gemeinsames Federelement des Statorkerns bilden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Federkraft, die zu einer vorteilhaften Lagerung der Statorkerns in dem Motorgehäuse führt.
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Besonders bevorzugt weist nur jedes zweite, dritte oder vierte Statorblech jeweils ein oder mehrere Federelemente, wie sie obenstehend beschrieben wurden, auf. Die vorzugsweise dabei miteinander fluchtenden Federelemente liegenden dann nicht direkt aneinander an, sondern weisen in axialer Erstreckung des Statorblechpakets gesehen einen Abstand zueinander auf. Hierdurch kann die Federeigenschaft des Stators in dem Motorgehäuse weiter optimiert werden.
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Optional ist das jeweilige Federelement tangential zur Rotationsachse des Rotors oder Mittellängsachse des Stators ausgerichtet. Dadurch erschreckt sich das Federelement in Tangentialerstreckung von dem jeweiligen Statorblech weg in Richtung der Innenseite des Motorgehäuses. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Federwirkung, die außerdem ein einfaches Einführen und Einpressen des Statorblechpakets in das Motorgehäuse erlaubt. Alternativ erstreckt sich das willige Federelement in einem Winkel zwischen 90 Grad und 0 Grad von der Tangentialen des Statorkerns in Richtung des Motorgehäuses. Desto steiler das Federelement von dem Statorblechpaket absteht (desto näher die Ausrichtung einer radialen Ausrichtung entspricht), desto steifer liegt das Statorblechpaket beziehungsweise der Statorkern in dem Gehäuse.
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Vorzugsweise weist das jeweilige Federelement eine Krümmung auf. Durch die Krümmung wird die Elastizität des Federelements optimiert und die Verformbarkeit verbessert. Darüber hinaus wird durch die Krümmung erreicht, dass keine Belastung des Federelements durch Verschleiß aufgrund vorteilhafter Kontaktstellen zwischen Federelement und Innenseite des Motorgehäuses entsteht. Insbesondere ist das jeweilige Federelement halbreisförmig, teilkreisförmig, halbmondförmig oder sichelförmig ausgebildet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zwei Federelemente des Statorkerns in entgegensetzte Umfangsrichtungen weisend ausgerichtet. Hierdurch ergibt sich, dass zwei benachbarte Federelemente v-förmig zueinander oder voneinander weg ausgerichtet sind. Insbesondere ergibt sich dabei über den Umfang des Statorkerns ein Wellenprofil der Federelemente, wodurch eine über den Umfang verteilt gesehen gleichmäßige Lagerung und Abstützung des Statorkerns in dem Motorgehäuse gewährleistet ist.
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Die erfindungsgemäße Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Maschine aus. Es ergeben sich hierdurch die oben bereits genannten Vorteile.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
- 1 eine elektrische Maschine in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
- 2A und B eine vereinfachte Längsschnittdarstellung der elektrischen Maschine gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele.
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1 zeigt in einer vereinfachten Querschnittsdarstellung eine vorteilhafte elektrische Maschine 1, die vorliegend ein kreiszylinderförmiges Gehäuse 2 aufweist, in welchem ein Stator 3 und ein Rotor 4 koaxial zueinander angeordnet sind. Der Rotor 4 ist auf einer Rotorwelle 5 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert, wobei hierzu beispielsweise die Rotorwelle 5 durch ein oder mehrere Wälzkörperlager in dem Gehäuse 2 gehalten ist.
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Der Stator 3 weist einen Statorkern 6 auf, der aus einem Statorblechpaket 7 mit einer Vielzahl von Statorblechen 12 gefertigt ist und mehrere radial nach innen vorstehende Statorzähne 8, ein kreisringförmiges Statorjoch 9 sowie mehrere sich radial nach außen erstreckende Federelemente 10 aufweist. An dem Statorkern 6 ist des Weiteren eine hier nicht näher dargestellte Antriebswicklung angeordnet, die mit einer elektrischen Spannung und/oder einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist, um ein Drehmoment auf den Rotor 4 auszuüben.
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Die Statorzähne 8 sind insbesondere gleichmäßig in Umfang des Statorjochs 9 verteilt angeordnet. Auch die Federelemente 10 sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Statorjochs 9 verteilt angeordnet.
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Die Federelemente 10 sind jeweils einstückig mit dem Statorkern 6 ausgebildet. Dazu weist jedes Statorblech 12 des Statorkerns 6 an seiner Außenseite gleichmäßig verteilt angeordnete/ausgebildete Federzungen 11 auf, wobei die Federzungen 11 der Statorbleche 12 fluchtend zueinander derart liegen, dass die jeweils axial fluchtend oder hintereinander liegenden Federzungen 11 ein Federelement 10 des Stators 3 ausbilden.
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2A zeigt hierzu in einer vergrößerten Teildarstellung eine Darstellung durch den Stator 3 entlang der Bezugslinie A-A aus 1. Die Federzungen 11 sind derart ausgebildet, dass jeweils zwei benachbarte Federzungen 11 aufeinander zuweisen beziehungsweise voneinander wegweisen, in Umfangsrichtung gesehen. Die Federzungen 11weisen jeweils eine Krümmung auf, so dass sie bogenförmig konvex von dem Stator 3 nach außen vorstehen. Es ergibt sich dadurch auf der Außenseite des Stators 3 über den Umfang gesehen eine Art Wellenprofil der Federelemente 10. Die aufeinander zu weisenden freien Enden 13 der Federzungen 11 beziehungsweise Federelemente 10 liegen dabei beabstandet zu einander, sodass sich eine Lücke zwischen diesen ergibt und die freien Enden 13 schwingen können, um eine elastische Verformung der Federzungen 11 beziehungsweise Federelemente 10 zu ermöglichen. Die Federelemente 10 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Halbmond-förmig oder sichelförmig ausgebildet. Durch den Abstand der freien Enden 13 der Federzungen 11 zueinander wird der Federweg der Federelemente 10 in vorteilhafter Weise limitiert oder vergrößert.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Statorbleche 12 des Statorblechpakets 7 identisch zueinander ausgebildet, weisen also die gleiche Kontur auf und sind daher auch kostengünstig herstellbar, beispielsweise mittels eines Stanzprozesses. Dadurch erstrecken sich die Federelemente 10 über die gesamte axiale Länge des Stators 3.
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Optional sind die Statorbleche 12 zueinander verdreht angeordnet, sodass die Federzungen 11 eines Statorblechs versetzt zu Federzungen 11 des benachbarten Statorblechs 12 liegen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in 2B gezeigt, ist vorgesehen, dass nur jedes zweite Statorblech 12 Federzungen 11 aufweist, wobei die Federzungen 11 in Axialerstreckung des Stators 3 zur Ausbildung der Federelemente 10 miteinander fluchten. Hierdurch ergibt sich, dass die gleiche Anzahl von Federelementen 10, über den Umfang des Stators 3 gesehen, vorhanden ist, die Federelemente 10 jedoch in Axialerstreckung ausgedünnt beziehungsweise mit Lücken versehen sind. Hierdurch wird beispielsweise die wirkende Federkraft beeinflusst und für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert.
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Insbesondere sind die Federelemente 10 derart ausgebildet, dass sie im entspannten Zustand auf einem Umfang enden, der größer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses 2, sodass zur Montage des Stators 3 im Motorgehäuse 2 die Federelemente 10 elastisch verformt und insbesondere zumindest abschnittsweise radial nach innen gedrückt beziehungsweise gebogen werden müssen.
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Dazu sind die Federzungen 11 jeweils in ihrer Längserstreckung zumindest bereichsweise elastisch verformbar, wobei dies durch die bereits genannte Krümmung unterstützt wird. Darüber hinaus bietet die Krümmung den Vorteil, dass die Federzungen 11 beziehungsweise die Federelemente 10 an ihren freien Enden mit einer Außenseite flächig an der Innenseite des Motorgehäuses 2 anliegen oder anliegen können, wodurch Verschleißerscheinungen reduziert werden und eine Kraftübertragung verbessert wird. Durch die elastische Verformung der Federelemente 10 bei der Montage ergibt sich, dass im montierten Zustand durch die Eigenelastizität der Federelemente 10 eine Vorspannkraft auf die Innenseite des Motorgehäuses 2 wirkt, die Federelemente 10 also vorgespannt montiert sind. Dadurch ist der Stator 3 vorteilhaft in dem Gehäuse 2 ausgerichtet und gehalten.
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Durch die vorgespannte Haltung wird im Betrieb erreicht, dass Schwingungen, die im Betrieb der elektrischen Maschine 1 auftreten können, nicht oder nur reduziert auf das Motorgehäuse 2 und damit auf eine Lagerung der Maschine 1 in einem Kraftfahrzeug übertragen werden. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass das Geräuschverhalten der elektrischen Maschine 1 optimiert wird.
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Je nach Anwendungsfall oder Modellart der elektrischen Maschine 1 ist die Lagerung des Stators 3 mittels der Federelemente 10 anzupassen, um ein optimales Ergebnis erzielen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Anpassung durch eine Variation der Anzahl und/oder Form der Federelemente 10 beziehungsweise der Federzungen 12, durch eine Variation der Dicke oder Breite der Statorbleche 12, durch eine Variation der Dicke oder Breite der Federzungen 11 oder Federelemente 10, und/oder durch eine Variation der Kontur der Statorbleche 12erfolgt. Zusätzlich zu dem in 2B gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch eine Ausführungsform des Statorblechpakets 7 denkbar, bei welcher nicht jedes zweite, sondern nur jedes dritte und/oder vierte Statorblech 12 mit Federzungen 11 versehen ist, die einstückig mit dem jeweiligen Statorblech 12 ausgebildet sind.