Электрическая машина
Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электрических машин с ротором и валом. Предлагаемая электрическая машина (8), прежде всего электрический двигатель, предназначается для электрически управляемого регулирования положения конструктивных деталей транспортных средств, в частности в качестве сервопривода рулевого управления. Электрическая машина включает ротор (7) и вал (10). Ротор (7) содержит несколько пластин (5), которые установлены на вал по отдельности или предварительно собранным пакетом (6) пластин или несколькими пакетами (6) пластин, причем ротор (7) соединен с валом (10). Пластины (5) имеют пружинящие выступы (3), служащие для крепления пластин (5) или пакетов (6) пластин на валу (10). Кроме того, пластины (5) пакета (6) имеют центрирующие выступы (1), служащие для радиального центрирования пакета (6) пластин относительно вала (10). Аналогичным образом может быть выполнено крепление статора (15) в корпусной части (16), причем центрирующие выступы (1) на пластинах (5) в составе пакета (6) пластин статора (15) служат для центрирования пакета (6) пластин статора (15) относительно вала (10). Технический результат - упрощение монтажа ротора на валу, а статора в корпусной части электрической машины и повышение экономичности ее изготовления при одновременном обеспечении требуемого радиального центрирования пакета пластин ротора и пакета пластин статора относительно вала электрической машины. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электрической машине, прежде всего к электрическому двигателю, с ротором и валом. В частности, изобретение относится к области электрических двигателей для транспортных средств, прежде всего к электрическим двигателям, служащим в качестве вспомогательного электрического привода для осуществляемого с помощью привода перемещения элементов транспортного средства или для содействия такому перемещению.
Уровень техники
Из DE 19523789 А1 известен электрический двигатель с ротором, статором и другими компонентами, расположенными в корпусе электрического двигателя. На сердечнике статора находится несколько обмоток. Такой сердечник статора прочно закреплен на наружной поверхности несущей втулки и состоит из магнитного или намагничивающегося материала. Далее, ротор прочно закреплен на валу электрического двигателя. В процессе работы ток, подаваемый на различные обмотки сердечника статора, регулируется посредством цепи управления таким образом, что внутри двигателя создается вращающееся магнитное поле. Последнее приводит в движение ротор. Электрический двигатель, известный из DE 19523789 А1, имеет тот недостаток, что установка пластин (коллекторных пластин) и/или пакетов пластин на валу является трудоемкой операцией, проводимой, в частности, в несколько этапов.
Конструкция ротора может состоять из одного или нескольких пакетов пластин либо из отдельных пластин и других деталей. Пластины или пакеты пластин перемещаются по валу в осевом направлении, так что они непосредственно граничат друг с другом.
Возможен вариант, в котором крепление пластин и/или пакетов пластин на валу осуществляется посредством цилиндрической прессовой посадки. Чтобы исключить слишком сильное повышение напряжений в пакетах пластин при запрессовке, можно задать узкий допуск для стыкуемых деталей. Это, однако, означает высокую стоимость изготовления, которая для многих применений является неприемлемой. В случае соединений, когда крепление производится исключительно посредством прессовой посадки, на валу и пакетах возникают царапины из-за значительного перекрытия при пригонке. Царапины сильно различаются по форме и глубине, вследствие чего в собранном состоянии имеют место нарушения соосности и недостаточно сильное сцепление. К тому же эти параметры подвержены значительной флуктуации.
Далее, возможно решение, при котором на валу в местах установки предусматривают желобки и/или валики либо делают вал в этих местах рифленым. В этом случае для накатки желобков или рифления необходимы дополнительные рабочие операции, причем данный способ имеет известные ограничения в отношении конструктивной длины. Решение с рифлением обеспечивает достаточную соосность после монтажа не для всех применений. Далее, в специальных конструкциях с большой длиной пакета существует опасность образования неровностей вала, обусловленных наличием желобков или рифления.
Кроме того, возможны решения, при которых желобки и/или валики предусматриваются на пластинах. При запрессовке пакета из пластин с желобками в местах установки создается прочное соединение. В таких исполнениях возникает значительная погрешность в соосности пакета пластин, из которого может быть скомпонован ротор, и вала, поскольку желобки деформируются неопределенным образом, а в местах установки, как правило, отсутствует дополнительное пространство, обеспечивающее соосность пакета пластин и вала.
Раскрытие изобретения
Предлагаемая в изобретении электрическая машина, охарактеризованная в пункте 1 формулы изобретения, и предлагаемая в изобретении электрическая машина, охарактеризованная в пункте 18 формулы изобретения, имеют, в отличие от описанных выше решений, то преимущество, что обеспечивается улучшенный монтаж ротора на валу, а статора в корпусной части. В частности, изобретение обеспечивает сравнительно экономичное изготовление, обеспечивающее требуемое радиальное центрирование пакета пластин ротора и пакета пластин статора относительно вала электрической машины.
Посредством технических решений, описанных в зависимых пунктах формулы изобретения, реализуются предпочтительные варианты выполнения электрической машины по пунктам 1 и 18 формулы изобретения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения пружинящий выступ выполнен в форме шипа. При монтаже шипообразный выступ может слегка изгибаться, благодаря чему достигается надежное радиальное центрирование и, кроме того, обеспечивается возможность определенного предварительного натяга в радиальном направлении.
Далее, в предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что между валом и пружинящим выступом образовано соединение с геометрическим замыканием. В частности, шипообразному выступу может быть придана такая форма, что при монтаже пакета пластин на валу или в корпусной части локально создается очень высокое напряжение смятия, в результате чего на валу возникает желобок и, тем самым, дополнительно к соединению с силовым замыканием локально образуется еще и соединение с геометрическим замыканием. Этим обеспечивается возможность надежного крепления с соответственно высокой силой соединения. Это соединение может затем использоваться для установки в требуемое положение и фиксации.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения на нескольких пластинах пакета выполнен один или несколько пружинящих выступов, причем в осевом направлении позади пружинящего выступа предусмотрено свободное пространство, благодаря которому обеспечивается возможность некоторого изгиба пружинящего выступа во время монтажа.
Сила упругости, создаваемая пружинящим выступом, в предпочтительном варианте осуществления изобретения действует таким образом, что к центрирующему выступу прикладывается усилие в направлении вала или корпусной части, обеспечивающее надежное радиальное центрирование пакета пластин относительно вала.
Далее, в предпочтительном варианте осуществления изобретения центрирующий выступ выполнен из расчета его подвижной или переходной посадки относительно вала или корпусной части. Тем самым обеспечивается простая установка пакета пластин на валу или в корпусной части. В случае некоторого незначительного положительного перекрытия с валом или с корпусной частью центрирующий выступ может быть также выполнен пружинящим, чтобы облегчить монтаж.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления изобретения вал или внутренняя поверхность корпусной части выполнен(-а) бесступенчатым(-ой) по меньшей мере в области пакета пластин. Пружинящий(-е) выступ(-ы) обеспечивает(-ют) соединение с силовым, а в случае необходимости - и с геометрическим замыканием, при котором для крепления в осевом направлении выступ на валу или в корпусной части не требуется, что упрощает и тем самым удешевляет изготовление вала и корпусной части.
В зависимости от материала и нагружения соединения, при монтаже пластин и/или пакетов пластин в корпусе может оказаться целесообразным предусмотреть в корпусе углубления в виде пазов, в которые входят зажимные зубчики. Это является преимуществом в случае предельной нагрузки соединения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения пружинящий выступ выполнен таким образом, что он имеет ширину, уменьшающуюся в радиальном направлении. При этом при креплении на валу жесткость убывает в направлении внутрь, то есть в сторону вала, а при креплении на корпусе - убывает в направлении наружу, то есть в сторону корпуса. В частности, уменьшение жесткости в радиальном направлении может быть достигнуто посредством такого выполнения пружинящего выступа, в котором предусмотрено уменьшение толщины материала в радиальном направлении. Особенно предпочтительным является уменьшение в радиальном направлении тангенциальной ширины пружинящего выступа. Эти технические решения обеспечивают то преимущество, что способствуют максимально равномерной нагрузке пружинящего выступа, в частности в отношении растяжения и напряжения, при установке на вал или в корпус и в смонтированном состоянии в условиях растяжения в радиальном направлении. Тем самым снижается точечная нагрузка на пружинящий выступ, в частности предотвращается точечный изгиб пружинящего выступа с малым радиусом кривизны, благодаря чему повышается стойкость пружинящего выступа к повреждению. В предпочтительном варианте при этом достигается по меньшей мере в основном равномерный по кривизне изгиб пружинящего выступа в процессе установки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения тангенциальное положение нескольких расположенных по меньшей мере по существу друг за другом пружинящих выступов нескольких пластин может изменяться. Вследствие этого при установке на вал или в корпус пружинящие выступы создают два или более желобка, благодаря чему снижается опасность образования стружки при установке. В частности, тангенциальное положение пружинящих выступов нескольких пластин может варьироваться таким образом, что при установке на вал или в корпус (почти) каждому из расположенных по существу друг за другом пружинящих выступов соответствует свой собственный желобок.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения между пакетом пластин и валом создано геометрическое замыкание в окружном направлении. Тем самым предотвращается проворачивание в окружном направлении, то есть вокруг оси вала, между пакетом пластин и валом, так что при работе в направлении основного приложения нагрузки между пакетом пластин и валом образуется надежное соединение. Аналогичным образом, в предпочтительном варианте осуществления изобретения геометрическое замыкание образовано в окружном направлении между пакетом пластин статора и корпусной частью.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения геометрическое замыкание в окружном направлении создано между пластиной пакета и валом. При этом в предпочтительном варианте вал имеет выемку, в которую частично входит пружинящий выступ пластины пакета для создания геометрического замыкания в окружном направлении. Таким путем можно получить геометрическое замыкание с меньшими затратами. При этом можно специально предусмотреть несколько пружинящих выступов, из которых один или несколько входят по меньшей мере в одну выемку вала. В частности, выемка в валу может представлять собой паз, проходящий в осевом направлении. Аналогичные преимущества достигаются также при соответствующем выполнении геометрического замыкания между пакетом пластин статора и корпусной частью.
Объектом изобретения является также электрическая машина со статором и по меньшей мере одной корпусной частью, причем статор содержит пакет пластин с несколькими пластинами и по меньшей мере опосредованно соединен с корпусной частью. В предлагаемой в изобретении электрической машине по меньшей мере на одной пластине выполнен по меньшей мере один пружинящий выступ, предназначенный для по меньшей мере опосредованного крепления пакета пластин на корпусной части, и на этой пластине и/или по меньшей мере на одной другой пластине выполнен центрирующий выступ, предназначенный для по меньшей мере в основном радиального центрирования пакета пластин относительно вала.
В предпочтительных вариантах выполнения предлагаемая в изобретении электрическая машина характеризуется следующими признаками, используемыми в отдельности или в сочетании друг с другом:
- пружинящий выступ выполнен в форме шипа;
- на нескольких пластинах пакета пластин выполнены пружинящие выступы, и позади пружинящего выступа по меньшей мере в осевом направлении предусмотрено свободное пространство;
- центрирующий выступ выполнен из расчета его подвижной или переходной посадки относительно корпусной части;
- центрирующий выступ выполнен из расчета его положительного перекрытия с корпусной частью и выполнен, по меньшей мере частично, с возможностью упругой деформации;
- внутренняя поверхность корпусной части выполнена, по меньшей мере в области пакета пластин, бесступенчатой;
- пружинящий выступ имеет жесткость, убывающую в радиальном направлении наружу;
- пружинящий выступ имеет тангенциальную ширину, убывающую в радиальном направлении наружу;
- пружинящий выступ по меньшей мере в основном равномерно по кривизне изогнут относительно корпусной части;
- тангенциальное положение расположенных по меньшей мере по существу друг за другом пружинящих выступов нескольких пластин варьируется;
- между пакетом пластин статора и корпусной частью создано геометрическое замыкание в окружном направлении;
- геометрическое замыкание в окружном направлении создано между пластиной пакета пластин и корпусной частью;
- корпусная часть имеет по меньшей мере одну выемку, а пружинящий выступ пластины пакета пластин по меньшей мере частично входит в выемку корпусной части для создания геометрического замыкания в окружном направлении;
- выемка представляет собой паз, предусмотренный в корпусной части и проходящий в осевом направлении.
Краткое описание чертежей
Предпочтительные примеры осуществления изобретения подробнее поясняются в нижеследующем описании со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых соответствующие элементы конструкции снабжены одинаковыми номерами позиций и на которых показано:
на фиг.1 - пластина пакета ротора электрической машины в соответствии с первым примером осуществления изобретения,
на фиг.2 - пластина пакета статора вместе с корпусной частью электрической машины в соответствии со вторым примером осуществления изобретения,
на фиг.3 - упрощенное изображение фрагмента разреза через пакет пластин в соответствии с третьим примером осуществления изобретения для его дальнейшего пояснения,
на фиг.4 - пластина пакета ротора электрической машины в соответствии с четвертым примером осуществления изобретения,
на фиг.5 - обозначенный на фиг.4 через V фрагмент пластины пакета ротора электрической машины в соответствии с четвертым примером осуществления изобретения,
на фиг.6 - схематическое изображение фрагмента разреза через пакет пластин, смонтированный на валу, в соответствии с четвертым примером осуществления изобретения,
на фиг.7 - пластина пакета статора электрической машины в соответствии с пятым примером осуществления изобретения,
на фиг.8 - статор с корпусной частью электрической машины в соответствии с шестым примером осуществления изобретения.
Описание примеров осуществления изобретения
На фиг.1 показана пластина 5 пакета 6 ротора 7 электрической машины 8 (фиг.2). Электрическая машина 8 может, в частности, представлять собой электрический двигатель для транспортных средств. В частности, электрическая машина 8 может использоваться для электрического управления элементами транспортного средства, например сдвижной крышей, окном или элементами сидений. Далее, электрическая машина 8 может служить в качестве электрического двигателя для поддержки усилия, прикладываемого к органам управления. Вместе с тем, предлагаемая в изобретении электрическая машина 8 пригодна и для других применений.
Пластина 5 пакета 6 ротора 7 имеет центрирующий выступ 1, обеспечивающий концентрическое положение вала, который может быть введен в центральное отверстие 9 пластины 5. Далее, пластина 5 имеет пружинящий выступ 3, выполненный в форме шипа. Пружинящий выступ 3 обеспечивает крепление отдельных пластин 5 или пакета 6 посредством пластины 5 на валу 10 (фиг.2). Пластина 5 имеет другие центрирующие выступы, не обозначенные отдельно для упрощения изображения. Далее, пластина 5 имеет другие пружинящие выступы, также не обозначенные на чертеже. В примере осуществления, изображенном на фиг.1, пластина 5 имеет как центрирующий выступ 1, так и пружинящие выступы 3. Пакет 6 содержит несколько пластин 5, как это показано на фиг.3. Возможно также, что одна из пластин 5 имеет по меньшей мере один центрирующий выступ, тогда как одна из остальных пластин 5 имеет по меньшей мере один пружинящий выступ 3. Пластина 5 имеет в области центрального отверстия 9 вырезы 2, 4, служащие для придания формы шипа пружинящему выступу 3. С другой стороны, вырезы 2, 4 расположены таким образом, что при сборке пакета 6 с несколькими пластинами 5 позади пружинящего выступа 3 и/или центрирующего выступа 1 образуется свободное пространство, в котором следующие друг за другом пластины 5 могут напластовываться друг на друга поворотным образом. Благодаря этому при вводе вала 10 в центральное отверстие 9 обеспечивается прогиб пружинящего выступа 3 и/или центрирующего выступа 1. Жесткость пружинящих выступов 3 и/или центрирующих выступов 1 определяется глубиной вырезов 2, 4, имеющих форму паза. Центрирующие выступы 1 могут быть выполнены таким образом, что по отношению к валу 10 создается подвижная, переходная или прессовая посадка. При этом может быть предусмотрено определенное положительное перекрытие относительно вала 10, где в предпочтительном варианте центрирующий выступ 1 по меньшей мере частично выполняется пружинящим. Центрирующие выступы 1 обычно рассчитывают для подвижной посадки относительно вала 10.
Пружинящим выступам 3 может быть придана такая форма, что при монтаже пластин 5 и/или пакета 6 на валу 10 локально создается высокое напряжение смятия и дополнительно к соединению с силовым замыканием локально образуется еще и соединение с геометрическим замыканием. Благодаря этому вал 10 может быть выполнен бесступенчатым по меньшей мере в области пакета 6.
Центрирующие выступы 1 обеспечивают то преимущество, что предоставляют возможность достижения соосности пластин 5 и/или пакета 6 относительно вала 10 в пределах узких допусков. Это удешевляет изготовление электрической машины, поскольку не требуется доводка пакета 6. Далее, интервал допуска для диаметра вала 10 может быть расширен благодаря тому, что обеспечивается выравнивание посредством пружинящих выступов 3 и, в случае необходимости, центрирующих выступов 1. Далее, на валу 10 можно также смонтировать относительно длинные пакеты 6 с большим числом пластин 5 с пружинящими выступами 3 и/или центрирующими выступами 1.
Пластина 5 имеет, кроме того, отверстия 11, из которых на фиг.1 обозначено лишь одно. Отверстия 11 служат для уменьшения массы ротора 7 и для монтажа. Далее, пластина 5 имеет щелеобразные отверстия 12, из которых на фиг.1 обозначено лишь одно. Щелеобразные отверстия 12 собранных в пакет пластин 5 располагаются друг за другом таким образом, что обеспечивают установку постоянных магнитов.
На фиг.2 показана пластина 5 пакета 6 статора 15 вместе с корпусной частью 16 электрической машины 8 в соответствии со вторым примером осуществления изобретения. Изображенную на фиг.2 конструкцию можно скомбинировать с ротором 7, выполненным в соответствии с примером осуществления изобретения, показанным на фиг.1.
Пластина 5 имеет центрирующие выступы 1, 1', между которыми находится один, два или несколько пружинящих выступов 3, 3'. Там же предусмотрены вырезы 2, 4, формирующие пружинящие выступы 3, 3' и центрирующие выступы 1, 1'. Центрирующие выступы 1, 1' обеспечивают центрирование статора 15 относительно вала 10, фиксируя положение статора 15 относительно ротора 7.
Статор 15 содержит пакет 6 из нескольких пластин 5, обмотки и, при необходимости, другие конструктивные детали. Для упрощения чертежа пластина на фиг.2 показана без этих деталей. Соединение пакета 6 с корпусной частью 16 осуществляется через пружинящие выступы 3, 3', тогда как центрирующие выступы 1, 1' обеспечивают позиционирование и центрирование. При этом центрирующие выступы 1, 1' компенсируют, в частности, различия в форме пружинящих выступов 3, 3' по окружности пластины 5, которые в противном случае могли бы проявиться из-за допусков изготовления и тому подобного. Благодаря этому центрирующие выступы 1, 1' также обеспечивают в основном равномерное обжатие пружинящих выступов 3, 3', повышая усилие зажима статора 15 в корпусной части 16.
Данная конструкция имеет то преимущество, что обеспечивает, с высокой точностью и/или сравнительно низкими затратами, соблюдение соосности пакета 6 с валом 10 и корпусной частью 16. Далее, равномерность обжатия пружинящих выступов 3, 3', обеспечиваемая центрирующими выступами 1, 1', гарантирует обжатие и участие в процессе зажима всех пружинящих выступов 3, 3', благодаря чему достигается высокое усилие зажима. Это, в частности, облегчает монтаж, поскольку отпадает необходимость в дополнительных средствах крепления или позиционирования.
Корпусная часть 16 может представлять, по меньшей мере в основном, корпус электрической машины 8 или его часть. При этом возможно также, что корпусная часть 16 сама собрана из нескольких частей.
На фиг.3 показан обозначенный на фиг.2 как I фрагмент разреза через пакет 6 вдоль обозначенной как II линии (глядя в направлении, обозначенном как III) в соответствии с третьим примером осуществления изобретения. В этом примере осуществления пакет 6 содержит среднюю часть 17, состоящую из множества пластин 5. Здесь предусмотрено два вида пластин 5, а именно пластин 5А и 5В, чередующихся в пакете. Далее, предусмотрены состыкованные со средней частью концевые пластины 5С и 5D, причем на каждом конце пакета 6 может находиться (либо отсутствовать вообще) несколько концевых пластин 5С и 5D. Пластина 5А имеет такую форму, что в осевом направлении 18 предусмотрено - как позади центрирующего выступа 1 пластины 5В, так и позади пружинящего выступа 3, - свободное пространство 19, которое при монтаже пакета 6 на валу 10 обеспечивает прогиб пружинящего выступа 3 и, в случае необходимости, центрирующего выступа 1. Соответственно, одна из пластин 5В имеет такую форму, что в осевом направлении 18 позади пружинящего выступа 3' предусмотрено свободное пространство 20.
При установке пакета 6 на вал 10 или в корпусную часть 16 пружинящие выступы 3, 3' деформируются, изгибаясь, в частности, в осевом направлении 18. Поэтому после изгиба пружинящие выступы 3, а также пружинящие выступы 3' выдаются над пластинами 5В и 5А. Торцевая поверхность 21 образована концевой пластиной 5D, не имеющей пружинящих выступов 3, 3' и центрирующих выступов 1, 1'. Это сделано для того, чтобы торцевая поверхность 21 пакета 6 могла служить в качестве упора для другой конструктивной части, например пружины или еще одного пакета пластин, которая может быть выполнена в соответствии с пакетом 6. Соответственно, торцевая поверхность 22 образована концевой пластиной 5С. На соответствующем конце пакета 6 могут находиться (либо отсутствовать вообще) две или более концевые пластины 5С, 5D. Далее, возможно также, что внутри пакета 6 предусмотрены пластины, соответствующие концевым пластинам 5С, 5D, чтобы создать свободное пространство 2, и/или свободное пространство 4, и/или свободное пространство 19, и/или свободное пространство 20. В изображенном примере осуществления позади пружинящего выступа 3, 3' предусмотрено свободное пространство 19, 20. В частности, в случае тонких пластин 5А, 5В, которые могут быть изготовлены из тонких листов, либо в случае, когда требуется более жесткое, в частности очень жесткое соединение, в осевом направлении 18 могут также располагаться друг за другом два или более пружинящих выступа 3, 3', за которыми находится соответствующее свободное пространство 19, 20.
Для формирования пружинящих выступов 3, 3' при изготовлении пластин 5 в листовом штампе можно предусмотреть ползун или отдельный пуансон с автоматическим регулированием, чем обеспечивается изготовление пластин 5 с необходимым чередованием наличия и отсутствия пружинящих выступов 3, 3' в соответствии с потребностями при формировании пакета 6.
Наглядно представленная на фиг.3 структура пакета 6 может быть в соответствующем случае реализована и в изображенном на фиг.1 пакете 6 ротора 7.
Первый пример осуществления, описанный при помощи фиг.1, обладает тем преимуществом, что вал 10 может иметь меньшее число ступеней или не иметь их вообще. Второй пример осуществления, описанный при помощи фиг.2, обладает тем преимуществом, что внутренняя поверхность 25 корпусной части 16 может быть выполнена бесступенчатой по меньшей мере в области пакета 6. При этом пружинящие выступы 3 могут обеспечивать в области внутренней поверхности 25 корпусной части 16 еще и геометрическое замыкание наряду с силовым.
На фиг.4 показана пластина 5 пакета 6 электрической машины 8 в соответствии с четвертым примером осуществления изобретения. Здесь изображено несколько пружинящих выступов, из которых для упрощения чертежа обозначены только пружинящие выступы 3, 3'. Исполнение пружинящих выступов 3, 3' подробно описано ниже с помощью фиг.5 и 6. Далее, для пружинящих выступов 3, 3' предусмотрено предпочтительное расположение относительно вала 10. Это расположение ниже подробно поясняется для пружинящего выступа 3'. Для пластины 5 следует задать базисное направление 30. В данном случае базисное направление 30 определяется центром 31 пластины 5 и отверстием 11 в этой пластине. Базисное направление 30 можно, однако, определить и другим способом. При этом базисное направление 30 определяется и для других пластин. Относительно базисного направления 30 задается угловое положение 32 пружинящего выступа 3'. Посредством определенного изменения углового положения 32 пружинящего выступа 3' нескольких пластин 5 пакета 6 можно варьировать тангенциальное положение расположенных, по меньшей мере в основном, друг за другом пружинящих выступов 3'. Например, можно варьировать на несколько градусов угловое положение 32 расположенных, по меньшей мере в основном, друг за другом пружинящих выступов нескольких пластин. Это имеет то преимущество, что при установке на вал 10 на поверхности 33 (фиг.6) вала 10 образуются различные желобки. Благодаря этому снижается опасность образования стружки при установке пластин 5 или пакета 6 на валу 10.
На фиг.5 показан обозначенный на фиг.4 через V фрагмент пластины 5 пакета 6 ротора 7 в соответствии с четвертым примером осуществления изобретения, где более подробно изображено исполнение пружинящего выступа 3. Остальные пружинящие выступы пластины 5 и другие пластины пакета 6 могут быть выполнены соответствующим образом. Применительно к пружинящему выступу 3 задано радиальное направление 34, указывающее на центр 31 пластины 5. При этом радиальное направление 34 совпадает, по меньшей мере в основном, с осью симметрии 35, локально заданной для пружинящего выступа 3. Пружинящий выступ 3 здесь выполнен, по меньшей мере приблизительно, симметричным относительно оси симметрии 35. На кромке 36 пружинящего выступа 3 на фиг.5 выбраны для примера точки 37, 38, причем относительно указывающего внутрь вектора радиального направления 34 точка 38 находится после точки 37. В точках 37, 38 определяются поперечные сечения 39, 40 через пружинящий выступ 3, причем поверхности поперечных сечений 39, 40 в каждом случае ориентированы перпендикулярно оси симметрии 35. Применительно к поперечному сечению 40 пружинящий выступ 3 обладает определенной тангенциальной шириной 41. Пружинящий выступ 3 пластины 5 в четвертом примере осуществления изобретения сужается в радиальном направлении внутрь. При этом тангенциальная ширина 41 уменьшается от поперечного сечения 39, определяемого в точке 37, к поперечному сечению 40, определяемому в точке 38. Уменьшение площади поперечного сечения в данном примере осуществления достигается путем уменьшения тангенциальной ширины 41, однако возможно также уменьшение толщины пружинящего выступа 3. Тем самым толщина материала пружинящего выступа 3 непрерывно убывает в радиальном направлении 34. Благодаря этому достигается уменьшение жесткости пружинящего выступа 3 в радиальном направлении 34 внутрь.
Далее, пружинящий выступ 3 имеет только одну вершину 45. При этом вершина 45 является точкой пружинящего выступа 3, соприкасающейся при установке на валу 10 с поверхностью 33. Здесь возможно также слегка уплощенное исполнение пружинящего выступа 3 в области вершины 45.
На фиг.6 показано схематическое изображение фрагмента разреза через пакет пластин 6, смонтированный на валу 10, в соответствии с четвертым примером осуществления изобретения. Наряду с пластиной 5 здесь также показаны пластины 5Е, 5F, 5G, 5Н, 5I, 5J. Пакет 6 может, однако, также содержать другое число пластин 5 в ряду с 5Е до 5J; в частности, это число может быть значительно большим. Пластина 5 содержит пружинящий выступ 3, в основном равномерно по кривизне изогнутый относительно вала 10, причем пружинящий выступ 3 имеет вогнутую фронтальную часть 46, ориентированную против направления монтажа 47. При этом вершина 45 пружинящего выступа 3 соприкасается с поверхностью 33 вала 10. Пластины 5Е, 5F содержат пружинящие выступы 3Е, 3F, которые в основном равномерно по кривизне изогнуты относительно вала 10 аналогично пружинящему выступу 3.
Тангенциальное положение расположенных по существу друг за другом пружинящих выступов 3, 3Е, 3F, может, однако, варьироваться, что достигается варьированием соответствующего углового положения 32 пружинящих выступов пластин 5, 5Е, 5F, как это подробно описано на основе фиг.4. Благодаря этому вершина 45F пружинящего выступа 3F пластины 5F занимает отличающееся от других положение на окружности поверхности 33 вала 10. В частности, при монтаже пакета 6 на валу 10 возникает желобок 48F от пружинящего выступа 3F, отличающийся от желобка 48 пружинящего выступа 5. Вершина пружинящего выступа 3Е и соответствующий желобок на фиг.6 скрыты валом 10. Таким образом, при установке на вал 10 каждый из пружинящих выступов 3, 3Е, 3F имеет свой собственный желобок, чем сводится к минимуму опасность образования стружки.
Описанное на основе фиг.4-6 исполнение пластины 5, в частности пружинящего выступа 3, а также других пластин 5Е, 5F может быть в соответствующем случае использовано в месте установки пакета 6 и корпусной части 16 электрической машины 1. Можно, например, задать относительно пружинящего выступа 3, изображенного на фиг.2, радиальное направление 34' наружу. В этом случае изображенный на фиг.2 пружинящий выступ 3 может быть выполнен в соответствии с четвертым примером осуществления изобретения. Пружинящий выступ 3 имеет здесь жесткость, убывающую в радиальном направлении 34' наружу. Это может быть достигнуто, если пружинящий выступ 3 имеет толщину материала, убывающую, по меньшей мере частично, в радиальном направлении 34' наружу, в частности если пружинящий выступ 3 имеет убывающую в радиальном направлении 34' наружу тангенциальную ширину 41. Это имеет то преимущество, что пружинящий выступ 3 равномерно по кривизне изогнут, по меньшей мере в основном, относительно корпусной части 16. Это, далее, имеет то преимущество, что варьируется тангенциальное положение расположенных в основном друг за другом пружинящих выступов нескольких пластин, чем достигается варьирование различных желобков пружинящих выступов нескольких пластин, чем достигается возникновение различных желобков пружинящих выступов на внутренней поверхности 25 корпусной части 16 при монтаже, чем сводится к минимуму опасность образования стружки.
На фиг.7 показана пластина 5 пакета 6 статора 15 электрической машины 8 в соответствии с пятым примером осуществления изобретения.
Статоры, в частности у электрических двигателей с внутренним ротором и электронной коммутацией, могут быть различными способами радиально зафиксированы в окружающей корпусной части 16 от проворачивания и смещения. Речь при этом идет о приклеивании, механической запрессовке с натягом, привинчивании анкерными болтами, монтаже посредством запрессованных упругих стяжных штифтов в зазоре между статором 15 и корпусной частью 16, а также о горячей посадке. Эти способы соединения для осевой и радиальной фиксации статора 15 в корпусной части 16, которая может быть образована из алюминиевого профиля или алюминиевого корпуса, отлитого под давлением, можно заменить соединением на основе настоящего изобретения. При этом алюминий остается возможным материалом. Другими возможными материалами являются стали и полимерные материалы. Здесь имеет место то преимущество, что не требуется никаких дополнительных деталей и что может быть реализовано технологически надежное соблюдение заданных размеров готового конструктивного узла. Кроме того, сводятся к минимуму или исключаются отходы и дефекты соскабливания (в частности, стружка), возникающие при механической запрессовке с натягом. Также не требуются дополнительные материалы и детали, например клей, винты и стяжные штифты. Благодаря этому повышается устойчивость в соблюдении исходных требований к процессу изготовления соединения статора 15 с корпусной частью 16. Кроме того, может быть достигнута экономия затрат на процесс изготовления без риска снижения качества.
Способ крепления статора 15 электрической машины 8 в корпусной части 16 может быть реализован посредством геометрического замыкания, формируемого по окружности статора и обеспечивающего трудноразъемное соединение при окончательном монтаже. Решение, описанное ниже для крепления статора 15 в корпусной части 16, может быть соответствующим образом перенесено и на крепление ротора 7 на валу 10.
В частности, из пятого примера осуществления изобретения вытекает то преимущество, что повышается устойчивость в соблюдении исходных требований к процессу изготовления соединения статора 15 с корпусной частью 16. Это повышение вытекает из отсутствия дополнительных деталей и технологических операций, незначительного, при известных условиях, снижения чувствительности к допускам на размеры между статором 15 и корпусной частью 16 и из возможности снижения качества поверхности корпуса, поскольку обеспечивается, в известной мере, продолжительное выравнивание допусков, а более шероховатые поверхности благоприятны для удерживающей силы соединения. Кроме того, имеется то преимущество, что в процессе изготовления достигается экономия затрат, обеспечиваемая использованием сравнительно простых устройств, поскольку требуется только один пресс с контролем характеристики "усилие-перемещение", и исключением использования дополнительных деталей со всеми вытекающими последствиями, например распределением, хранением и запросами о наличии деталей. Кроме того, преимущество заключается в простоте изготовления и обработки, неразъемности и надежности соединения, обеспечивающего выравнивание и, при необходимости, согласование допусков, а также в двусторонней, то есть не зависящей от осевого направления, применимости. Эти же преимущества имеют место, в частности, в случае шестого примера осуществления изобретения, описанного с помощью фиг.8.
Пластина 5 согласно пятому примеру осуществления изобретения, изображенная на фиг.7, имеет полученный вырубкой или изготовленный аналогичным образом контур 50, содержащий отклонения от формы круга. Здесь предусмотрены пружинящие выступы 3, 3', 3", угловое расстояние между которыми в каждом случае равно 120°. Далее, предусмотрены выемки 51, из которых имеет обозначение только одна выемка на фиг.7. При этом в местах выемок 51 линия контура пластины 5 смещена внутрь относительно конечной точки радиуса 52. Далее, пружинящие выступы 3, 3', 3" простираются, по меньшей мере приблизительно, до конечной точки радиуса 52. В предпочтительном варианте пружинящие выступы 3, 3', 3" слегка выдаются наружу за радиус 52 пластины 5, так что в случае корпусной части 16 с полностью цилиндрической формой внутренней поверхности 25 (фиг.2) достигается изгиб пружинящих выступов 3, 3', 3" при установке. Это облегчает изготовление корпусной части 16. Пружинящие выступы 3, 3', 3" могут, разумеется, также доходить только до конечной точки радиуса 52 или даже не достигать ее. Но в этом случае требуется их дополнение, которое в данном случае означает внутреннюю поверхность 25 корпусной части 16 с не полностью цилиндрической формой. При этом данная не полностью цилиндрическая поверхность может быть выполнена таким образом, что, по меньшей мере в области пружинящих выступов 3, 3', 3", она проходит через конечную точку радиуса 52 или выступает за нее внутрь. Тем самым может быть также достигнуто надежное крепление посредством прогиба пружинящих выступов 3, 3', 3" при установке.
Контур 50 не обязательно должен иметь форму круга. В частности, контур 50 может быть многоугольником, модифицированным в соответствии с показанным на фиг.7 исполнением, где предусмотрены выемки 51 и пружинящие выступы 3, 3', 3". Решающим фактором здесь является такая форма контура 50 в области пружинящих выступов 3, 3', 3", то есть в области контактов с внутренней поверхностью 25 корпусной части 16, чтобы в сочетании с этой внутренней поверхностью 25 возникала посадка с натягом, обеспечивающая выполнение своей функции пружинящими выступами 3, 3', 3". Между пакетом 6 статора 15 и внутренней поверхностью 25 корпусной части 16 в пределах указанной области может, впрочем, находиться незначительный воздушный зазор, где контакт между пластиной и корпусной частью 16 необязателен.
Кроме того, показанная на фиг.7 пластина 5 в соответствии с пятым примером осуществления изобретения имеет по меньшей мере один полукруглый выступ 53, который отчетливо выдается наружу за конечную точку радиуса 52. В частности, выступ 53 отчетливо выдается за конечную точку радиуса 52 дальше, чем пружинящие выступы 3, 3', 3". Посредством выступа 53 пластины 5 может быть создано геометрическое замыкание в окружном направлении 55 с корпусной частью 16. При этом выступ 53 заходит в выемку 54 на внутренней поверхности 25 корпусной части 16, образуемую пазом, проходящим в осевом направлении. При установке статора 15 в корпусную часть 16 выступ 53 позиционируется относительно выемки 54.
Выступ 53 изображен на фиг.7. Разумеется, на контуре 50 часто может быть предусмотрено несколько выступов, выполненных в соответствии с выступом 53. Угловой зазор между такими выступами может быть выбран в соответствии с конкретным случаем применения. Посредством выступа 53 можно полностью предотвратить проворачивание статора 15 относительно корпусной части 16 в окружном направлении 55.
На фиг.8 показана пластина 5 пакета 6 статора 15 с корпусной частью 16 электрической машины 8 в соответствии с шестым примером осуществления изобретения. В этом примере осуществления пластина 5 имеет несколько пружинящих выступов, из которых на фиг.8 для упрощения чертежа обозначены только пружинящие выступы 3, 3', 3". Далее, корпусная часть 16 имеет на внутренней поверхности 25 несколько выемок 54, 54', 54", из которых на фиг.8 обозначена только одна группа этих выемок. При этом в данном примере осуществления как пружинящие выступы 3, 3', 3", так и выемки 54, 54', 54" расположены регулярным и повторяющимся образом в окружном направлении 55 на пластине 5 или корпусной части 16, что упрощает позиционирование при монтаже статора 15 в корпусной части 16. Благодаря асимметричному расположению можно, наоборот, задать определенное положение статора 15 относительно корпусной части 16 также и в окружном направлении 55. При монтаже пружинящий выступ 3 входит в выемку 54, причем пружинящий выступ 3 отчетливо выдается за конечную точку радиуса 52 и при установке изгибается внутри выемки 54. То же самое имеет место в случаях пружинящего выступа 3' с выемкой 54' и пружинящего выступа 3" с выемкой 54". Выемки 54, 54', 54" могут быть при этом выполнены в виде пазов, причем каждый паз проходит в осевом направлении.
Следует отметить, что после установки сила, действующая в осевом направлении, противоположном направлению запрессовки, вызывает скрючивание пружинящих выступов 3, 3', 3" в соответствующих выемках 54, 54', 54", образуя локальное геометрическое микрозамыкание. Таким образом может быть достигнута фиксация пружинящих выступов 3, 3', 3" в области выемок 54, 54', 54" на внутренней поверхности 25.
Благодаря фиксации пружинящих выступов 3, 3', 3" в выемках 54, 54', 54", геометрическое замыкание обеспечивается и в окружном направлении 55, что полностью предотвращает проворачивание. Тем самым достигается надежное крепление статора 15 в корпусной части 16 именно в главном направлении нагрузки, то есть в окружном направлении 55.
При монтаже статор 15 можно вдвинуть в корпусную часть 16 с помощью пресса. Описанная посадка с натягом между пружинящими выступами 3, 3', 3" и соответствующими выемками 54, 54', 54" на внутренней поверхности 25 корпусной части 16 приводит к определенному виду деформации пружинящих выступов 3, 3', 3" в области контакта, могущей включать пластическую составляющую и длительную остаточную упруго-эластическую деформацию. Сгибание может быть облегчено наличием фаски в области ввода. Надлежащий расчет результирующего угла установки пружинящих выступов 3, 3', 3" гарантирует долговременную фиксацию статора 15 в корпусной части 16. Для обеспечения определенной деформации пружинящих выступов 3, 3', 3" необходимо предусмотреть их, глядя в осевом направлении, только через определенные промежутки на пластинах пакета 6, чтобы избежать нахождения их друг рядом с другом, что также подробно описано с помощью фиг.3 и 6. В противном случае существовала бы опасность недостаточно сильного возрастания сил запрессовки, отсоединения отдельных пластин пакета 6 друг от друга и развала статора 15 на отдельные части.
Следует отметить, что описанное с помощью фиг.7 и 8 исполнение соединения между статором 15 и корпусной частью 16 соответствующим образом применимо к соединению между ротором 7 и валом 10 электрической машины 8.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными примерами осуществления.
1. Электрическая машина (8), прежде всего электрический двигатель, с ротором (7) и валом (10), причем ротор (7) содержит несколько пластин (5), которые установлены на вал по отдельности или предварительно собранным пакетом (6) пластин или несколькими пакетами (6) пластин, причем пластины (5) и/или пакеты (6) пластин, по меньшей мере, опосредованно соединены с валом (10), отличающаяся тем, что в каждом пакете (6) пластин, по меньшей мере, на одной пластине (5) выполнен пружинящий выступ (3), предназначенный для, по меньшей мере, опосредованного крепления пакета (6) пластин на валу (10), и на этой пластине (5) и/или, по меньшей мере, на одной другой пластине (5) выполнен центрирующий выступ (1), предназначенный для, по меньшей мере, в основном радиального центрирования пакета (6) пластин относительно вала (10), либо, если ротор собран из нескольких отдельных пластин (5), каждая отдельная пластина (5) имеет, по меньшей мере, один пружинящий выступ (3) и, по меньшей мере, два расположенных радиально напротив друг друга центрирующих выступа (1).
2. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что пружинящий выступ (3) выполнен в форме шипа.
3. Электрическая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что пружинящий выступ (3) имеет, по меньшей мере, в радиальном направлении предварительный натяг, обеспечивающий фиксацию пластин и/или пакетов пластин на валу с силовым замыканием.
4. Электрическая машина по п.3, отличающаяся тем, что между валом (10) и пружинящим выступом (3) образовано соединение с геометрическим замыканием.
5. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что на нескольких пластинах (5) пакета (6) пластин выполнены пружинящие выступы (3), и позади пружинящего выступа (3), по меньшей мере, в осевом направлении (18) предусмотрено свободное пространство (19).
6. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что центрирующий выступ (1) выполнен из расчета его подвижной или переходной посадки относительно вала (10).
7. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что центрирующий выступ (1) выполнен из расчета его положительного перекрытия с валом (10) и выполнен, по меньшей мере частично, с возможностью упругой деформации.
8. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что вал (10) выполнен, по меньшей мере в области пакета (6) пластин, бесступенчатым.
9. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что пружинящий выступ (3) имеет жесткость, убывающую в радиальном направлении (34) внутрь.
10. Электрическая машина по п.9, отличающаяся тем, что пружинящий выступ (3) имеет тангенциальную ширину (41), убывающую в радиальном направлении (34) внутрь.
11. Электрическая машина по п.9, отличающаяся тем, что пружинящий выступ (3) имеет, по меньшей мере на отдельных участках, толщину материала, убывающую в радиальном направлении (34) внутрь.
12. Электрическая машина по одному из пп.9-11, отличающаяся тем, что пружинящий выступ (3), по меньшей мере, в основном равномерно по кривизне изогнут относительно вала (10).
13. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что тангенциальное положение расположенных, по меньшей мере, по существу, друг за другом пружинящих выступов (3, 3Е, 3F) нескольких пластин (5, 5Е, 5F) варьируется.
14. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что между пакетом (6) пластин и валом (10) создано геометрическое замыкание в окружном направлении (55).
15. Электрическая машина по п.14, отличающаяся тем, что геометрическое замыкание в окружном направлении (55) создано между пластиной (5) пакета (6) пластин и валом (10).
16. Электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что вал (10) имеет, по меньшей мере, одну выемку (54), а пружинящий выступ (3) пластины (5) пакета (6) пластин, по меньшей мере, частично входит в выемку (54) вала (10) для создания геометрического замыкания в окружном направлении (55).
17. Электрическая машина по п.16, отличающаяся тем, что выемка (54) представляет собой паз, предусмотренный в валу (10) и проходящий в осевом направлении (18).
18. Электрическая машина (8), прежде всего электрический двигатель, со статором (15) и, по меньшей мере, одной корпусной частью (16), причем статор (15) содержит пакет (6) пластин с несколькими пластинами (5) и, по меньшей мере, опосредованно соединен с корпусной частью (16), отличающаяся тем, что, по меньшей мере, на одной пластине (5) выполнен, по меньшей мере, один пружинящий выступ (3), предназначенный для, по меньшей мере, опосредованного крепления пакета (6) пластин на корпусной части (16), и на этой пластине (5) и/или, по меньшей мере, на одной другой пластине (5) выполнен центрирующий выступ (1), предназначенный для, по меньшей мере, в основном радиального центрирования пакета (6) пластин относительно вала (10).
19. Электрическая машина по п.18, отличающаяся тем, что пружинящий выступ (3) имеет, по меньшей мере в радиальном направлении (18), предварительный натяг, обеспечивающий фиксацию пакета пластин в корпусной части (16) с силовым замыканием.
20. Электрическая машина по п.18 или 19, отличающаяся тем, что между корпусной частью (16) и пружинящим выступом (3) образовано соединение с геометрическим замыканием.
