电机以及车辆传动装置的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的电机，其具有壳体、抗相对转动地布置在壳体中的定子和以能旋转的方式支承在壳体中的转子。此外，本发明还涉及一种具有这种电机的车辆传动装置。

背景技术：

这种电机例如可以用作车辆的传动系中的驱动机。车辆的传动系经常经受很宽的温度使用范围，并且各个部件由于运行引起地被加热到还要更高的温度，从而在车辆的传动系中使用的电机必须在例如-40℃至+150℃的温度范围内工作。

通常，电机的定子及其叠片组由钢或钢合金构成，而电机的壳体一般情况下由其他材料，例如铸铝制成，也就是说由铝合金制成。为了在壳体与定子之间进行相对壳体固定的连接，定子经常被压入到基本上柱体状的壳体中并且/或者与该壳体螺接。一些解决方案为此也设置有附加的定子支架。

由于电机的上述较高的温差和不同的材料导致：现在在电机的定子与壳体之间出现了明显不同的热膨胀。就此而言，这会导致：壳体与定子之间的压配合(presssitz)将不再起作用，构件发生塑性变形并且/或者不再确保电机的定子与转子之间的同中心的取向。在螺接的定子的情况下，强烈的温度变化会导致构件之间发生运动，导致螺接位置处发生磨损并且导致由于张力而引起的过度的构件载荷。

为了避免这些种缺点，在de8137239u1中提出了借助嵌入定子的槽或壳体套的槽中的附加的形状锁合(formschlüssig)的弹簧在定子与壳体套之间建立力锁合(kraftschlüssig)的过盈装配(pressverband)，以防定子在壳体套中分离和转动。在该解决方案中，壳体套和定子通过过盈装配而持续地处在应力下，该应力由于在壳体套和定子中的不同的温度和由此所造成的不同的热膨胀而导致了交变载荷，该交变载荷会导致使壳体罩与定子之间的抗相对转动(verdrehfest)的连接松脱并且/或者导致构件受损。

此外，在de202008015575u1中描述了一种电马达，其中，马达壳体与定子经由单独的定心系统以如下方式处于嵌接中，从而使得尤其是在一方面是马达壳体与另一方面是定子之间出现由于温度引起的空隙时确保定子与转子之间的同中心的取向。所提到的定心系统在此基本上由多个布置在马达壳体与定子之间的弹簧构成，这些弹簧使预应力作用到定子上并且限制了定子与马达壳体之间的运动自由度。由此，还会在部件中出现不利的应力。

技术实现要素：

本发明的任务是提供一种开头提到类型的电机，其中，定子和壳体的由于热引起的不同的热膨胀特性能尽可能在无应力的情况下实现，并且其中，同时确保电机的定子与转子之间的同中心的取向。电机应尽可能紧凑且简单地构建。此外，还应提供一种具有这种电机的车辆传动装置。

基于本发明的任务通过根据权利要求1的电机以及通过根据权利要求10的车辆传动装置来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中加以说明。

据此，请求保护如下电机，其具有壳体、抗相对转动地布置在壳体中的定子和以能旋转的方式支承在壳体中的转子。在此，壳体与定子之间设置有径向方向上的自由度，以便允许壳体与定子之间在径向方向上的由于材料引起的、不同的热膨胀，其中，定子借助形状锁合的连接元件在整个使用温度范围内保持在壳体中并且与转子同中心地取向。形状锁合的连接元件被实施和布置成使壳体能关于定子无应力地膨胀并收缩。换句话说，由于温度变化而壳体和定子这两个构件彼此能够进行无应力的径向伸长和回缩，而不使定子在壳体中的定心或转矩传递受到影响。在构件中的较低应力提高了使用寿命。

在连接元件防止了定子与壳体之间出现导致松动的空隙的同时，所提到的径向方向上的自由度能够实现该温度膨胀补偿。定子与壳体之间不需要单独的定子支架，从而使得定子借助连接元件直接与壳体连接或悬置在壳体中。

因此，利用在定子的外周中的至少三个连接元件的巧妙的几何上的布置能够确保定子相对于壳体关于电机的中心轴线不发生转动并且不发生移动。这意味着，在径向方向和切向方向上都不存在值得注意的壳体与定子之间的空隙。定子只通过连接元件在壳体中抗相对转动地保持和定心。由于转子支承在壳体中，因此可以确保对于电机的运转来说所需的转子与定子之间的同中心性同时，壳体和定子能够以基本上无空隙且无应力的方式不同地膨胀和收缩，从而没有在构件处出现尤其由壳体和定子的不同的热膨胀所造成的应力。因此，在所提出的解决方案中，也不需要用于定心的弹簧力和预紧力。下面将详细地描述的连接元件可以在径向方向上是自由的，也就是说能够没有预应力地彼此相对移动。这相应于本发明的核心想法，亦即避免电机的壳体与定子之间出现空隙，而在没有强制力且没有应力的情况下能够实现壳体和定子的不同的热膨胀。

在本申请中的术语“轴向”、“径向”和“切向”除非另有明确说明一般是参考电机的相应于定子的旋转轴线的主轴线。

连接元件优选包括定子中或壳体中的至少三个销钉和分别配属于每个销钉的凹部。特别优选的是，销钉牢固地与壳体连接，例如在壳体中压紧或螺接，而分别配属于每个销钉的凹部布置在定子上。因此，每个销钉可以在径向方向上在没有预应力的情况下在配属的凹部中自由运动。

凹部为此优选被实施为在径向方向上延伸的纵槽或长孔。在用于壳体和定子的材料和尺寸是指定或已知的情况下，销钉和凹部的所需尺寸，在此尤其是在径向方向上的纵槽或长孔的所需长度有针对性地按如下方式计算，即，使壳体关于定子能够在整个温度使用范围内无应力地膨胀和收缩。

使用销钉，尤其是实施成实心的销钉，使得即使是在例如在车辆的传动系中的必须支撑高驱动转矩的大型电机中也允许应用本发明。这种电机的定子的外直径典型地为400毫米至500毫米。例如也能够用作弹簧并且以板材结构形式制成的较轻的连接元件并不适用于这种应用，这是因为它们在高转矩和力的情况下将发生塑性变形并失效。这一情况尤其是当电机要作为发动机和发电机运行时发生，由此在切向方向上的交变载荷作用到连接元件上。

有利的实施方案设置了多于三个、例如六个销钉和凹部。以该方式可以使由于生产技术引起的在销钉与分别配属的凹部之间的最小空隙在切向方向上，也就是说在周向方向上最小化并且在理想情况下降低到零，这是因为当在定子的周向上分布许多销钉和凹部的情况下，所需的销钉的外尺寸与凹部的内尺寸之间的制造公差通过分度误差(teilungsfehler)得到补偿。销钉的外尺寸与凹部的内尺寸之间的制造公差或空隙例如可以在0.05毫米与0.2毫米之间的范围内运动。分度误差在此被理解为在壳体或定子的周向上分布有至少三个销钉和凹部的情况下的角度偏差。例如，三个销钉和凹部有利地分别以120°的角度彼此间隔开地布置在壳体或定子的周向上。在六个销钉凹部配对的情况下，两个相邻的销钉或凹部之间最有利的均匀的角度分别为60°。这意味着，在每个由销钉与配属的凹部组成的单个配对处，在切向方向上可以存在有一定的空隙，然而在考虑所有布置在定子上的销钉凹部配对的情况下，这些空隙至少几乎被抵消。在装配电机时，要么能够自由地要么能够以在轴向方向上很小的力地将相应的定子推移到相对壳体固定的销钉上。

尽管有所阐述的在完成装配的定子与壳体之间的分度误差但是如果要保留在切向方向上的最小空隙，那么通过在连接元件上的在运行中由电机的驱动转矩所造成的切向力得到了定子和壳体彼此间的稳定的角位置以及在定子与转子之间的同中心的取向。

根据一个优选实施方案设置的是，销钉至少在其轴向延伸的一部分上具有圆形的横截面。特别优选地，销钉在其整个轴向延伸上柱体状地构造。圆形的横截面，也就是说柱体状的销钉，一方面可以简单且廉价地制造并且另一方面可以简单地通过如下方式紧固在壳体中的孔中，即，使其例如在那里被压入。

在一个简单实施方案中，销钉的伸入配属的凹部中的区域可以具有圆形的横截面，从而在销钉的柱套状的外部面与配属的凹部的平的内部面之间得到线碰触。然而，其他实施方案也可以设置的是，销钉在凹部的区域中具有销钉外部面的削平部，从而使得销钉的外部面与凹部的平的内部面之间出现面碰触。以该方式可以减小接触面处的赫兹压力，并且避免了在该区域中发生塑性变形。以同样的目的，销钉的外部面和/或配属的凹部的内部面可以被特殊地硬化或设有防护部(panzerung)。

如上面所描述的那样，转子以能旋转的方式支承在壳体中。该表述包括转子直接支承在壳体中的实施方案，也就是说其中，壳体具有用于转子或转子轴承的轴承座。然而，该表述还包括转子经由轴承支架支承在壳体中的实施方案。这种轴承支架例如可以作为单独的构件制成，并且可以与壳体螺接或压入壳体中。这种轴承支架也可以被实施为壳体的部分，并且例如作为轴承盖覆盖或封闭壳体的轴向的端部。

为了确保对电机的构件的充分散热，壳体内部面与定子外部面之间的中间空间可以被构造为至少部分地填充有冷却液体的冷却空间。为了允许根据本发明的壳体与定子之间的由于温度引起的不同的膨胀，本来就需要在壳体内部面与定子外部面之间有中间空间。通过利用该中间空间作为冷却空间，可以使中间空间承担另外的功能。冷却液体有利地在运行中尤其通过转子运动而分布在电机的整个内部空间中，从而得到了对所有构件的高效且充分的冷却效果。内部空间的轮廓的适当的成形可以使冷却液体或冷却液体雾有利地在所提到的中间空间中或穿过该中间空间地且尤其环绕壳体和定子地进行高效冷却。在此，连接元件作为销钉和长孔或纵槽的实施方案是有利的，这是因为在这些元件之间保留有大的自由空间，通过其可以使冷却液体导引到冷却空间中。

最后，本发明包括具有传动装置壳体和如上面所描述的电机的车辆传动装置，其中，传动装置壳体同时是电机的壳体。换句话说，电机可以被整合到车辆传动装置中，并且电机的定子根据本发明借助所描述的连接元件紧固在传动装置壳体中，从而传动装置壳体相对于定子可以在整个温度使用范围内的温度变化的情况下无应力地膨胀和收缩。

附图说明

下面参照附图中所绘制的实施例详细阐述本发明及其优点。

在附图中：

图1示出电机的沿轴向观察方向的剖图；

图2示出电机的从侧面沿径向观察方向的剖图；

图3示出具有在运行中作用到定子与壳体之间的连接元件上的力的示意性简图。

具体实施方式

图1和图2在两个不同的剖平面中示出了相同的实施例。因此，下面参照图1和图2共同来阐述该实施例。相同的构件由相同的附图标记标注。电机1的主要构件，即壳体2、定子3和转子4，基本上同中心地围绕电机1的主轴线10布置。

壳体2在整个周向上包围电机1的其余部分。它保护了所有布置在壳体2中的构件免受有害的环境影响，并且充当用于冷却液体和润滑液体的容器。定子3抗相对转动地布置在壳体2中。转子4以能旋转的方式支承在壳体2中。在该实施例中，电机1形成车辆传动装置的一部分。因此，电动机1的壳体2同时是车辆传动装置的传动装置壳体的一部分。在当前，壳体由铸铝合金铸造成，而定子3基本上由钢和钢合金构成。定子3的重要的元件是图2中能看到的由钢合金构成的定子叠片组11。壳体2的铸铝合金比定子3的钢合金具有明显更高的线膨胀系数。因此，在温度升高时，壳体2比定子3明显更强烈地膨胀，而在温度下降时，壳体2比定子3明显更强烈地收缩。如果现在定子3刚性地固定在壳体2中，那么存在如下危险：在高温时定子3与壳体2松脱。而在低温时在壳体2中出现高应力，使得壳体2持续地受损。通过本发明可靠地防止了这两种提到的不利情况。

在壳体2与定子3之间设置有径向方向上的自由度，以便允许壳体2与定子3之间在径向方向上的由于材料引起的、不同的热膨胀。为此，定子3借助形状锁合的连接元件5防转动地保持在壳体2中，也就是说，连接元件防止了定子3相对于壳体2关于电机1的主轴线10发生转动。此外，形状锁合的连接元件5与壳体2中的转子支承部一起承担使定子3在整个使用温度范围内与转子4同中心地取向。根据本发明，形状锁合的连接元件5现在被实施和布置成使壳体2能关于定子3无应力地膨胀和收缩。

在当前的实施例中，连接元件5在定子3中或在壳体2中包括六个销钉6a、6b、6c、6d、6e、6f和分别配属于每个销钉的凹部7a、7b、7c、7d、7e、7f。六个销钉6a、6b、6c、6d、6e、6f紧固在壳体2中，而凹部7a、7b、7c、7d、7e、7f以径向取向的纵槽的形式布置在定子3中。六个销钉6a、6b、6c、6d、6e、6f沿壳体2的内周均匀地布置，亦即彼此间分别错开了60°的角度。相应地，分别配属的凹部7a、7b、7c、7d、7e、7f均匀地分布在定子3的外周上。销钉6a、6b、6c、6d、6e、6f柱体状地实施，并且于其两个端部上分别紧固在壳体2中，而销钉6a、6b、6c，6d，6e，6e的中间的区域分别延伸穿过分别配属的凹部7a、7b、7c、7d、7e、7f并且支撑在凹部的内部面上。

纵槽7a、7b、7c、7d、7e、7f的深度按如下方式来计算和定尺寸，即，使定子3在电机1的整个使用温度范围内在壳体2中可靠地保持和定心。现在，在构件中发生温度升高时，壳体2可能比定子3更强烈地膨胀，由此使紧固在壳体2中的销钉6a、6b、6c、6d、6e、6f在定子3的纵槽中径向向外移动。在此，定子3持续地且还抗相对转动地保持在壳体2中。在温度下降时，壳体比定子3更强烈地收缩，并且相对壳体固定的销钉6a、6b、6c、6d、6e、6f在定子3的纵槽或者说凹部7a、7b、7c、7d、7e、7f中径向向内移动。除了可能的很小的摩擦力之外，没有力抵抗形状锁合的连接元件5之间的所描述的移动，从而在构件中不会出现由于不同的热膨胀而产生的应力。

在该实施例中，转子4支承在轴承座14中，轴承座又布置在相对壳体固定的轴承支架13中。在当前的示例中，轴承支架13和壳体2作为单独的构件制成，并且然后形状锁合地彼此连接。然而，轴承支架13也可以实施为壳体2的一部分。轴承支架13和壳体2例如可以一起构造为铸件。以该方式消除了由于轴承支架13与壳体2之间的附加的紧固位置所产生的另外的制造公差，这使转子4在壳体2中的同中心的取向变得容易并且最终也使与定子3同中心的取向变得容易。

壳体内部面16与定子外部面17之间的中间腔被构造为冷却空间15。在电机1运行时，该冷却空间15至少部分地被填充有冷却液体或冷却液体雾。以该方式支持了热导出，也就是说支持了尤其对定子3和壳体2的冷却。

图3极其简化地示出了本发明的另一实施例的定子3的外轮廓。在此，在未在此示出的壳体2与定子3之间仅布置有各三个相对壳体固定的销钉6a、6b、6c和凹部7a、7b、7c作为连接元件5。在该图中，由于制造公差引起的空隙12在切向方向上，也就是说在周向方向上在销钉6a、6b、6c与分别配属的凹部7a、7b、7c之间被强烈放大地示出。然而实际上，该空隙12如先前所描述的那样由于分度误差在各个销钉6a、6b、6c与凹部7a、7b、7c之间得以最小化并且在理想情况下被减小到零。若有可能，空隙12出现在销钉外部面8a、8b、8c与分别配属的凹部7a、7b、7c的内部面9a、9b、9c之间。

图3中所绘入的力f1、f2和f3在电机1运行中分别在销钉外部面8a、8b、8c与分别配属的凹部7a、7b、7c的内部面9a、9b、9c之间在切向方向上起作用，切向力f1、f2和f3在哪个转动方向上起作用依赖于电机1是作为发动机运行还是作为发电机运行。然而，无论电机1以两种运行方式中的哪一种方式运行，在该区域中都会出现三个大小相同的力f1、f2和f3，它们可以一起表示为闭合的力三角。这些力在如下情况下起作用，其中，在电机1停机时，在壳体2与定子3之间仍存在有使得定子3定心在壳体2中的最小空隙，由此确保了转子4与定子3之间的同中心的取向。

附图标记列表

1电机

2壳体

3定子

4转子

5连接元件

6a、6b、6c、6d、6e、6f销钉

7a、7b、7c、7d、7e、7f凹部

8a、8b、8c销钉外部面

9a、9b、9c内部面

10主轴线

11定子叠片组

12空隙

13轴承支架

14轴承座

15冷却空间

16壳体内部面

17定子外部面