用于外部励磁的内转子同步电机的转子的由支撑环和星形盘组成的支撑装置的制作方法

本发明涉及一种用于可电驱动的机动车辆的外部励磁的内转子同步电机的转子的支撑装置，其具有星形盘，所述星形盘能够在转子的叠片组上设置在叠片组的一个端侧面和转子的转子绕组的在端侧面上突出的绕组头之间；并且具有用于包覆星形盘的支撑环。此外，本发明涉及一种转子、一种外部励磁的内转子同步电机和一种机动车辆。

背景技术：

在此关注的是用于可电驱动的机动车辆(例如电动或者混合动力车辆)的外部激励的或者说电流激励的内转子同步电机。这种外部励磁的同步电机包括具有可通电的定子绕组的位置固定的定子以及相对于定子可转动地支承的具有可通电的转子绕组的转子。转子具有叠片组，该叠片组承载转子绕组。转子绕组在叠片组的相对置的端侧面上构成绕组头。为了使转子的绕组头在转子旋转的情况下克服高的离心力而机械地支撑，从现有技术中已知星形盘。星形盘在叠片组的轴向相对置的端侧面上被设置端侧面和绕组头之间并且用于使转子绕组转向。

为了防止星形盘基于离心力而受到机械负载的损坏，能够在每个星形盘上设置金属支撑环，该金属支撑环径向地包围或者说包覆星形盘。该支撑环必须可靠地保持在支撑环上，以便能够实现转子的高转速。为了固定支撑环，例如能够使用金属拉杆，但是这会导致增加的结构空间需求以及增加的材料耗费。此外，由于拉杆和支撑环之间的金属接触会形成电磁鼠笼绕组，这会在转子中产生附加的损失。这些损失对转子的效率和热流产生不利影响。将支撑环焊接或者拧紧在星形盘上也可能会对机器的功率数据产生负面影响。此外，由于旋拧引起的孔和槽以及由于焊接引起的进入转子中的热量输入也会降低转子强度。

技术实现要素：

本发明的任务在于，提供一种用于机动车辆的电动内转子同步电机的、特别稳定的、适合于高转速的转子。

根据本发明，该任务通过具有根据相应的独立权利要求的特征的支撑装置、转子、内转子同步电机以及机动车辆解决。本发明的有利的实施方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题。

根据本发明的、用于可电驱动的机动车辆的外部励磁的内转子同步电机的转子的支撑装置具有能够在转子的叠片组上设置在叠片组的一个端侧面和转子的转子绕组的在端侧面上突出的绕组头之间的星形盘和用于包覆星形盘的支撑环。该星形盘包括环形支架以用于设置在叠片组的转子轭上。此外，星形盘在圆周方向上包括从环形支架中径向突出的多个承载齿以用于设置在径向从转子轭中突出的、承载转子绕组的转子齿上并且用于使转子绕组转向。此外，星形盘包括衣领状的、从承载齿的端部中轴向突出的端部件以用于设置在从转子齿中突出的极靴上并且用于吸收径向地相邻于所述端部件的绕组头的离心力。端部件和支撑环具有彼此互补的、通过插接旋转运动可相互锁定的卡口式连接区域，所述卡口式连接区域设计用于，将星形盘和支撑环形锁合地连接。

此外，本发明涉及一种用于可电驱动的机动车辆的外部励磁的内转子同步电机的转子，其具有叠片组，该叠片组具有环形的转子轭、径向从转子轭中突出的转子齿和在转子齿上突出的极靴。此外，转子具有围绕转子齿缠绕的并且在叠片组的轴向相对置的端侧面上构成绕组头的转子绕组以及至少一个根据本发明的支撑装置。星形盘设置在端侧面之一和绕组头之间。支撑环径向地包围星形盘并且与星形盘形锁合地连接。

转子能够设置在电流励磁的内转子同步电机的定子的空腔中。该转子具有叠片组或者说转子芯，其承载转子绕组。通常所述转子芯是分层构造的并且由高达200个相互堆叠的金属片组成。转子芯具有环形的转子轭和多个转子极，所述转子极在圆周方向上沿着转子圆周设置在转子轭上。将转子轴设置在转子轭内部并且与铁芯相连接。转子极通常由径向从转子轭中突出的转子齿或者说转子杆以及圆弧形的、切向地从转子齿中突出的极靴组成。在转子齿之间构成转子凹槽，除了相邻两个极靴之间的缝槽之外，转子凹槽被极靴闭锁并且将转子绕组引入到所述转子凹槽中。在叠片组的轴向相对置的端侧面上，转子绕组从转子凹槽中伸出、在端侧面上延伸经过转子齿并且那里构成绕组头。

对于每个端侧面，转子能够包括分别具有一个星形盘和一个支撑环的支撑装置。将各星形盘贴靠叠片组的轴向相对置的端侧面设置。星形盘尤其是用于，使相应的端侧面上的转子绕组的绕组线转向，使得缠绕转子齿的绕组线在端侧面上经由星形盘的承载齿延伸。为此，星形盘具有与端侧面相对应的形状。这意味着，星形盘和端侧面大致全等地构造，使得能够将星形盘配合精确地靠放到端侧面上。为此，星形盘具有与转子轭的形状相对应的环形支架、与转子极的数量相对应数量的承载齿以及衣领状的端部件，所述端部件与极靴对应。在此，端部件相对于承载齿或者说承载臂轴向弯曲并且轴向地从叠片组的端侧面中延伸出去。即，端部件在轴向方向上延长由极靴构成的叠片组的外侧面。此外，端部件在圆周方向上的宽度大于承载齿的宽度。端部件由此构成星形盘的轴向开槽的、圆柱体形的外部轮廓。在此，绕组头在径向方向上设置在环形支架和端部件之间，其中，端部件防止绕组头在转子转动的情况下基于作用到绕组头上的离心力而从承载齿上滑落。优选所述星形盘至少部分地由塑料制成。在此，尤其是星形盘的与绕组线处于接触中的表面由电绝缘塑料制成。星形盘的基体例如能够由金属(如铝或者钢)浇铸或者锻造，其用绝缘塑料涂装(例如注塑包封)。

为了防止由于绕组头作用到端部件上的负载而损坏星形盘，能够将支撑环设置在星形盘上并且轮辋状的或者说罩状地包围星形盘。与星形盘同心地设置的支撑环确保附加的稳定性和固定。支撑环尤其是由金属材料制成(例如浇铸或者锻造而成)。为了防止支撑环在转子的高转速的情况下而在轴向方向上重新从星形盘上松开，必须将其轴向地固定。为此，支撑环和星形盘具有彼此互补的卡口式连接区域。尤其对于每个端部件，星形盘均具有卡口式连接区域，使得支撑环的卡口式连接区域在圆周方向上分布在支撑环上地设置。

尤其是相应的卡口式连接区域与星形盘或者支撑环一件式地构造或者紧固地且无损坏地不可松开地设置在星形盘或者支撑环上。即不需要独立于支撑环和星形盘的连接元件以提供形锁合连接。也就是说，卡口式连接区域在星形盘和支撑环之间提供直接连接。为此，卡口式连接区域能够通过插接旋转运动相互连接。这意味着，首先将星形盘和支撑环轴向地插接在一起并且然后沿着圆周方向朝彼此旋转。

在插接旋转运动执行完成之后，星形盘和支撑环形锁合地相连接，由此支撑环轴向地固定在星形盘上。

在支撑环和星形盘之间通过插接旋转运动建立的卡口式连接特别稳定并且能够特别简单地并且在没有大的附加的材料耗费的情况下提供。通过这种支撑装置能够提供在高转速的情况下稳定的转子。

已表明有利的是，卡口式连接区域附加地设计用于，将星形盘和支撑环在插接在一起的状态中力锁合地连接。例如卡口式连接区域能够这样成型，使其在插接旋转运动执行完成之后由于在径向方向上作用的法向力而局部地相互压紧并且由此力锁合地相连接。通过所述星形盘和支撑环的形锁合的和力锁合的连接得到能够进一步提高转子的稳定性的优点。

在此能够规定，端部件的各卡口式连接区域分别具有设置在相应的端部件的外侧面上的至少一个纵向凹槽和邻接纵向凹槽的至少一个横向凹槽，并且支撑环的各卡口式连接区域对于每个端部件具有设置在支撑环的内侧面上的至少一个卡锁鼻，所述卡锁鼻在插接运动的情况下可在轴向方向上沿着纵向凹槽滑动并且在旋转运动的情况下可在圆周方向上沿着横向凹槽滑动。尤其是每个端部件的卡口式连接区域分别具有平行延伸的三个纵向凹槽和连接这些纵向凹槽的一个横向凹槽，并且支撑环的卡口式连接元件对于每个端部件分别具有三个卡锁鼻。

在此，各端部件能够一件式地构造，其中，纵向和横向凹槽构成为端部件的外侧面的结构化部。但是，各端部件也能够多体式地构造并且分别具有朝向绕组头的第一部分和朝向支撑环的并且构成相应的端部件的卡口式连接区域的第二部分。所述第一部分例如能够由塑料制成并且由此相对于绕组头是电绝缘的。所述第二部分能够由金属制成并且由此与金属支撑环构成特别稳定的连接。所述第一和第二部分无损坏地、不可松开地相互连接。

纵向凹槽和与其邻接的横向凹槽构成导轨，在该导轨中能够引导支撑环的卡锁鼻。所述卡锁鼻是支撑环的内侧面中的凸起部并且例如能够通过尤其是金属的支撑环的内侧面的结构化而制成。将所述沿圆周方向分布在内侧面上设置的卡锁鼻沿着轴向的插接方向导入纵向凹槽中并且沿着转动方向滑入横向凹槽中。所述横向凹槽防止设置在其中的卡锁鼻并且由此防止整个支撑环可能轴向地朝插接方向的反方向运动。

特别优选所述支撑环的卡口式连接区域具有轴向地与卡锁鼻邻接的、扁平的凸起部，所述凸起部构成第一配合面。端部件的卡口式连接区域具有在圆周方向上与纵向凹槽邻接的、扁平的区域，所述扁平的区域构成第二配合面。第一和第二配合面在旋转运动执行完成之后相互压紧以构成力锁合的连接。纵向凹槽和凸起部能够具有倾斜的、构成滑动面的侧壁，使得凸起部在转动运动的情况下从纵向凹槽中滑出到所述区域上并且能够在那里被压紧。凸起部和所述区域例如能够具有梯形的横截面。例如能够使金属支撑环在固定在星形盘上之前升温，由此使其膨胀并且能够使所述插接旋转运动更易于执行。一旦支撑环处在形锁合地固定在星形盘的状态中，则其能够冷却，由此将配合面在径向方向上相对于彼此压紧并且构造力锁合的连接。通过所述配合面能够以有利的方式附加地实现支撑环的定心。

能够规定，至少一个所述端部件具有止动部，支撑环可转动直至到达该止动部处。通过该止动部能够示出支撑环相对于星形盘的符合规定的位置并且保持该位置，在所述位置中，通过卡口式连接区域提供支撑环和星形盘的形锁合连接。也就是说，一旦星形盘和支撑环相对于彼此处在了其符合规定的位置上，则所述止动部使旋转运动结束。例如卡锁鼻的或者支撑环的凸起部的其一能够撞击到止动部上并且使旋转运动结束。

在本发明的一种扩展方案中，支撑环具圆柱体形的、包围星形盘的罩区域，该罩区域具有支撑环的卡口式连接区域；并且支撑环具有从罩区域径向向内突出的环形的盖区域，所述盖区域与星形盘的上侧面至少局部地重合。盖区域尤其是至少在星形盘的上侧面上覆盖绕组头。尤其是所述环形的盖区域的内部轮廓构成为配合面以压紧到穿过叠片组轴向引导的转子轴上。即所述环形的盖区域能够突出于星形盘的上侧面直至到达管支架的内部边缘上并且由此压紧到转子轴上。此外，通过将支撑环设置在转子轴上能够使支撑环定心。

此外，本发明涉及一种用于机动车辆的、外部励磁的内转子同步电机，其具有定子，所述定子包括具有定子绕组的叠片组；并且所述内转子同步电机具有根据本发明的转子，所述转子可转动地支承在定子的叠片组的空腔中。

根据本发明的机动车辆包括根据本发明的外部励磁的内转子同步电机。所述机动车辆尤其是电动或者混合动力车辆形式的乘用车并且具有作为牵引机或者驱动机的外部励磁的内转子同步电机。

参考根据本发明的支撑装置所介绍的实施方案及其优点相应地适用于根据本发明的转子、根据本发明的内转子同步电机以及根据本发明的机动车辆。

本发明的另外的特征从权利要求书、附图和附图说明中得出。此前在说明书中所述的特征和特征组合以及下面在附图说明中所述的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能够以相应说明的组合、而且也能够以其它的组合或者单独地使用。

附图说明

现在根据一个优选的实施例以及参考附图更详细地阐述本发明。

附图如下：

图1示出内转子同步电机的转子的示意性分解图；

图2示出根据本发明的、用于转子的具有星形盘和支撑环的支撑装置的一种实施方式的示意图；

图3从其它角度示出根据图2的支撑环；

图4示出用于将支撑装置安装在转子的叠片组上的第一安装步骤；

图5示出用于将支撑装置安装在转子的叠片组上的第二安装步骤；

图6示出在根据图5的安装步骤期间支撑装置的横截面图；

图7示出用于将支撑装置安装在转子的叠片组上的第三安装步骤；以及

图8示出在根据图7的安装完成之后支撑装置的横截面图。

具体实施方式

在各附图中，相同的以及功能相同的元件设有相同的附图标记。

图1以分解图示出用于在这里未示出的可电驱动的机动车辆的内转子同步电机的转子1。转子1具有呈一件式铁芯形式的叠片组2。叠片组2具有环形的转子轭3，在转子轭中能够设置有在轴向方向上沿转子1的纵轴线l或者说旋转轴线延伸的转子轴4。在转子轭3上沿圆周方向u设置有多个转子齿5，这些转子齿在径向方向r上向外延伸。在此，在相邻的两个转子齿5之间分别构造转子凹槽6。围绕转子齿5能够缠绕转子绕组7，所述转子绕组在叠片组2的轴向地彼此相对置的端侧面8上构成绕组头9。此外，叠片组2具有极靴10，所述极靴设置在转子齿5的端部上并且在转子1旋转的情况下防止设置在转子轭3和极靴10之间的绕组头9从转子齿5上滑落。此外，在转子凹槽6中设置有盖滑动件11，该盖滑动件闭锁转子凹槽6并且防止转子绕组7基于其小的刚性而被从转子凹槽6中挤出。

此外，转子1具有根据现有技术的两个支撑装置12，所述支撑装置分别包括一个根据现有技术的星形盘13和一个根据现有技术的支撑环14。星形盘13被设置在叠片组2的端侧面8和绕组头9之间并且尤其是确保转子绕组7的在端侧面8上的绕组线的转向。将支撑环14围绕星形盘13设置，该支撑环确保星形盘13的附加的稳定性和固定。在这样设计的支撑装置12的情况下可能会出现如下情况：支撑环14在转子1旋转期间从星形盘13上脱开并且无法再确保电机的运行可靠性。

因此，转子1的支撑装置12被根据本发明的支撑装置15代替，如示例性地在图2中示出的那样。支撑装置15具有根据本发明的星形盘16以及根据本发明的支撑环17。支撑环17的其它角度的视图在图3中示出。星形盘16具有环形支架18，能够将该环形支架贴靠着转子1的叠片组2的转子轭3(无支撑装置12)设置。在此，能够引导转子轴4穿过环形支架18。环形支架18的内侧面19能够构成配合面，通过该配合面能够将星形盘16和转子轴4借助压配合连接。也能够在转子轴4和环形支架18的内侧面19之间设置有在这里未示出的附加的夹紧环。在这种情况下，在星形盘16设置在叠片组2的端侧面8上的情况下，在星形盘18和转子轴4之间存在间隙配合并且在夹紧环和转子轴4之间存在压配合。

承载齿20径向地从环形支架18中突出，所述承载齿能够在叠片组2的端侧面8上与转子齿5重叠地设置。经由承载齿20将转子绕组7从一个转子凹槽6引导到相邻的转子凹槽6中，使得承载齿20在轴向方向上设置在转子齿5和绕组头9之间。此外，星形盘16具有轴向突出的、衣领状(kragenartig)的端部件21，其能够吸收作用到绕组头9上的离心力。端部件21在这里构成为部分拱曲的板状的元件。支撑环17由金属制成并且具有环形的罩区域22以及径向向内突出的、环形的盖区域23。盖区域23的内部轮廓24构成配合面，能够将该配合面压紧至转子轴4上以将支撑环17与转子轴4连接。

星形盘16和支撑环17能够经由插接旋转运动形锁合地连接。为此，星形盘16和支撑环17具有彼此互补的卡口式连接区域25、26。星形盘16的卡口式连接区域25处在端部件20的外侧面27上并且支撑环17的卡口式连接区域25处在罩区域22中的支撑环17的内侧面28上。外侧面27和内侧面28在支撑装置15的组装状态中在径向上相互邻接地设置。

在这里，星形盘16在局部由塑料制成，其中，端部件21的卡口式连接区域25由金属制成。但是也可能的是，整个星形盘16(即使在卡口式连接区域25中也)由塑料制成。端部件21的卡口式连接区域25在这里具有轴向延伸的、平行延伸的三个纵向凹槽29以及在圆周方向u上延伸的、与纵向凹槽29邻接的一个横向凹槽30。支撑环17的卡口式连接区域26在这里对于每个端部件21具有三个卡锁鼻31(见图3)，所述卡锁鼻从罩区域22的内侧面28径向向内突出。在轴向方向上与卡锁鼻31邻接地，支撑环17具有扁平的凸起部32，所述凸起部构成第一配合面。支撑环16具有扁平的区域33，所述扁平的区域在圆周方向u上邻接纵向凹槽29并且同样构成配合面。

图4示出用于将支撑环17安装在星形盘16上的第一安装步骤，所述星形盘已设置在转子1的端侧面8和绕组头9之间。在此，首先将支撑环17沿圆周方向u如此程度旋转，直至卡锁鼻31与星形盘16的端部件21的纵向凹槽29对齐地设置或者说设置在一条直线上。在图5中示出的第二安装步骤中将支撑环17在轴向的插接方向s上朝端侧面8的方向滑动。在此使卡锁鼻31在纵向凹槽19中沿其滑动。图6示出支撑装置15在卡口式连接区域25、26的区域中的横截面。在这里将支撑环17完全滑动到星形盘16上直至达到端侧面8处。在这种状态下，卡锁鼻31已完全穿过纵向凹槽29。在第三安装步骤中，如在图7中示出的那样，将支撑环17沿圆周方向u旋转，其中，在旋转运动期间，卡锁鼻31在横向凹槽30中移动。

为了结束旋转运动，端部件(如在图8中以横剖视图示出的那样)具有止动部34，卡锁鼻31碰撞到该止动部34上。一旦卡锁鼻31碰撞到止动部34上，则将星形盘16和支撑环17基于由卡口式连接区域25、26构成的卡口式连接而形锁合地连接。即基于设置在横向凹槽30中的卡锁鼻31而无法再将支撑环17沿着插接方向s的反方向从星形盘16上移除。作为附加，在这种状态中将支撑环17的扁平的凸起部32和星形盘16的扁平的区域33沿径向方向r相对于彼此挤压并且附加地也力锁合地连接支撑环17和星形盘16。

附图标记列表

1转子

2叠片组

3转子轭

4转子轴

5转子齿

6转子凹槽

7转子绕组

8端侧面

9绕组头

10极靴

11盖滑动件

12支撑装置

13星形盘

14支撑环

15支撑装置

16星形盘

17支撑环

18环形支架

19环形支架的内侧面

20承载齿

21端部件

22罩区域

23盖区域

24内部轮廓

25星形盘的卡口式连接区域

26支撑环的卡口式连接区域

27端部件的外侧面

28支撑环的内侧面

29纵向凹槽

30横向凹槽

31卡锁鼻

32凸起部

33区域

34止动部

l纵轴线

r径向方向

u圆周方向

s插接方向