DE102009010177B4

DE102009010177B4 - Elektromotoranordnung mit einem in einem Fahrzeugantriebsstranggehäuse montierten Stator und Verfahren

Info

Publication number: DE102009010177B4
Application number: DE102009010177.2A
Authority: DE
Inventors: Grantland I. Kingman; Alan G. Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2018-06-07
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: DE102009010177A1; CN101521428A; CN101521428B; US20090212649A1; US7847444B2

Abstract

Elektromotoranordnung (212) in einem Fahrzeugantriebsstrang (11), die umfasst:ein Motorgehäuse (214), das einen Innenhohlraum (218) in dem Antriebsstrang (11) definiert;einen allgemein ringförmigen Stator (216), der in den Hohlraum (218) eingepasst ist; undmehrere Spannhülsen (234), die zwischen das Gehäuse (214) und den Stator (216) eingepasst sind; wobei die Spannhülsen (234) so ausgestaltet sind, dass sie sich ausdehnen und zusammenziehen, um Kontakt sowohl mit dem Motorgehäuse (214) als auch dem Stator (216) bei den unterschiedlichen Temperaturausdehnungsraten beizubehalten; wobei die Spannhülsen (234) so ausgestaltet sind, dass sie sich ausdehnen und zusammenziehen, um Kontakt sowohl mit dem Motorgehäuse (214) als auch dem Stator (216) während einer Temperaturausdehnung des Motorgehäuses (214) und des Stators (216) zu halten;wobei der Stator (216) mehrere erste geometrische Merkmale aufweist; wobei das Gehäuse (214) mehrere zweite geometrische Merkmale aufweist; wobei die ersten geometrischen Merkmale so ausgestaltet sind, dass sie radial auf die zweiten geometrischen Merkmale ausgerichtet sind, wenn der Stator (216) in den Hohlraum (218) eingepasst ist; und wobei die Spannhülsen (234) an den ausgerichteten ersten und zweiten geometrischen Merkmalen zwischen das Gehäuse (214) und den Stator (216) eingepasst sind;wobei die ersten geometrischen Merkmale ein Satz von Zähnen (240) sind, die um eine Außenfläche (236) des Stators (216) herum beabstandet sind; wobei der zweite Satz geometrischer Merkmale ein Satz von Schlitzen (242) sind, die um eine Innenfläche (238) des Gehäuses (214) herum beabstandet sind; wobei sich die Zähne (240) auf die Schlitze (242) so ausrichten, dass sie mehrere Hohlräume definieren; und wobei ein jeweils unterschiedliches Paar der Spannhülsen (234) in jeden Hohlraum so eingepasst ist, dass sich eine jeweilige Spannhülse (234) jedes unterschiedlichen Paars an jeder Seite jedes jeweiligen Zahns (240) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromotoranordnung und ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Elektromotors in einem Fahrzeugantriebsstrang; insbesondere den Stator eines Elektromotors, der in ein Fahrzeugantriebsstranggehäuse eingepasst ist, wobei sich Spannhülsen dazwischen befinden.
Elektromotoren, etwa diejenigen, welche typischerweise bei hybriden elektromechanischen Antriebssträngen für Kraftfahrzeuge verwendet werden, weisen einen Stator auf, der einen Rotor umgibt, der relativ zu dem Stator drehbar ist. Der Stator ist an einem stationären Element verankert, wie etwa einem Getriebegehäuse oder -mantel. Es ist wichtig, dass die Relativpositionen des Stators und Rotors im Wesentlichen konstant bleiben, um einen genau dimensionierten Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor zu bewahren. Dies ist im Fall eines Fahrzeuggetriebes oder einer anderen Antriebsstrangkomponente besonders schwierig, weil der Elektromotor extremen Vibrationen und mechanischen Stößen bei der Fahrt des Fahrzeugs über Schlaglöcher oder ein anderes unebenes Gelände ausgesetzt sein kann. Der Stator ist durch eines einer Anzahl von Verfahren, wie etwa Verschrauben oder eine Schlupfpassung, an dem Getriebegehäuse verankert. Der Stator muss seine Position relativ zu dem Gehäuse sowohl axial als auch radial beibehalten, wenn sich das Gehäuse und/oder der Stator aufgrund von Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen. Statoren bestehen aus Stahl, da sie ein elektromagnetisches Feld erzeugen müssen, wenn sie erregt werden, um den Rotor zu bewegen. Gehäuse können aus einem anderen, nicht eisenhaltigen Material mit einem größeren Temperaturausdehnungskoeffizienten als Stahl bestehen, wie etwa einer Aluminiumlegierung oder einem Kunststoff.
Die Druckschrift DE 10 2006 036 836 A1 offenbart einen Elektromotor, dessen Stator mit einem Motorgehäuse durch Federelemente in der Form von Spannhülsen verbunden ist. Die Spannhülsen sind in Ausnehmungen an einer Außenseite des Stators angeordnet.
In der Druckschrift DE 699 20 322 T2 ist eine Statoranordnung aus zwei konzentrischen Teilen offenbart, die durch axial verlaufende Spannhülsen miteinander verbunden sind, wobei die Spannhülsen zwischen den beiden konzentrischen Teilen in halbkreisförmigen Ausnehmungen angeordnet sind.
Die Druckschrift DE 102 61 617 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem Gehäuse und einem Stator, die durch federnde Spannmittel in der Form von Spannhülsen miteinander verbunden sind. Die Spannhülsen sind in Ausnehmungen untergebracht, die sowohl im Gehäuse als auch im Stator angeordnet sind.
In der Druckschrift WO 2007/ 141 126 A1 sind ein Elektromotor und ein Herstellverfahren offenbart, wobei der Elektromotor einen segmentierten Stator und ein Gehäuse aufweist. Zum Verbinden von Gehäuse und Stator sind axial verlaufende Fixierstifte vorgesehen, die in Einkerbungen des Stators angeordnet sind.
Die Druckschrift US 2007/ 0 290 567 A1 offenbart einen Elektromotor mit Stator und ein Herstellverfahren, bei dem der Stator aus einem kreisförmigen Joch mit Ausnehmungen besteht, in die die drahtumwickelten Statorzähne eingesetzt werden.
In der Druckschrift JP 2006 - 166 554 A sind ein Elektromotor und ein Herstellverfahren offenbart, wobei ein Stator des Elektromotors mit einem Motorgehäuse verschraubt wird und in einen Spalt zwischen Gehäuse und Stator Dämpfungselemente eingefügt werden, um Vibrationen zu dämpfen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine stabile Befestigung eines Stators eines Elektromotors an einem Motorgehäuse oder Getriebegehäuse derart bereitzustellen, dass der Stator seine Position relativ zu dem Gehäuse beibehält, wenn sich das Gehäuse und/oder der Stator aufgrund von Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen.
Diese Aufgabe wird durch die Elektromotoranordnung nach Anspruch 1, das Verfahren nach Anspruch 6 sowie das elektrisch veränderliche Getriebe nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Unterschiede bei Temperaturausdehnungsraten zwischen verschiedenen Materialien, die für einen Stator und ein Antriebsstranggehäuse verwendet werden, können eine Fehlausrichtung des Stators und des Rotors eines Elektromotors verursachen, der in dem Antriebsstrang enthalten ist. Es wird eine kostengünstige Lösung bereitgestellt, um eine Relativbewegung zwischen dem Stator und dem Gehäuse zu verhindern. Insbesondere wird eine Elektromotoranordnung in einem Fahrzeugantriebsstrang mit einem allgemein ringförmigen Stator, der in einen Innenhohlraum eingepasst ist, der durch das Motorgehäuse definiert ist, bereitgestellt. Spannhülsen sind zwischen das Gehäuse und den Stator eingepasst. Spannhülsen, die manchmal als Spannstifte oder Federstifte bezeichnet werden, sind längliche, im Allgemeinen zylindrische Stifte, die radial komprimiert werden können und so vorgespannt sind, dass sie eine radial nach außen gerichtete Federkraft beibehalten. Wenn daher die Spannhülsen zwischen das Gehäuse und den Stator eingepasst sind, werden sich die Spannhülsen nach Bedarf ausdehnen und zusammenziehen, wenn Unterschiede bei den Temperaturausdehnungsraten einen Spalt mit veränderlicher Größe zwischen dem Stator und dem Gehäuse verursachen, um Kontakt mit dem Stator und dem Gehäuse zumindest über einen vorbestimmten Spaltabstand zu halten.
Der Stator weist mehrere erste geometrische Merkmale auf und das Gehäuse weist mehrere zweite geometrische Merkmale auf. Die ersten geometrischen Merkmale sind so ausgestaltet, dass sie radial auf die zweiten geometrischen Merkmale ausgerichtet sind, wenn der Stator in den Hohlraum eingepasst ist. Die Spannhülsen sind an den ausgerichteten ersten und zweiten geometrischen Merkmalen zwischen das Gehäuse und den Stator eingepasst. Die ersten und zweiten geometrischen Merkmale können an der Außenfläche des Stators bzw. einer Innenfläche des Gehäuses gestanzt, gegossen, formgepresst, geräumt, gefräst oder anderweitig hergestellt sein. Die geometrischen Merkmale sind derart angeordnet, dass die Kräfte über die Spannhülsen von dem Stator zu dem Gehäuse und umgekehrt im Wesentlichen rechtwinklig zu entweder der radialen Ausdehnung des Gehäuses relativ zu dem Stator oder den hauptsächlichen mechanischen Kräften verlaufen, die durch Vibrationen und mechanische Stöße aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß sind die ersten geometrischen Merkmale ein Satz von Zähnen, die um eine Außenfläche des Stators herum beabstandet sind; wobei der zweite Satz geometrischer Merkmale ein Satz von Schlitzen sind, die um eine Innenfläche des Gehäuses herum beabstandet sind; wobei sich die Zähne auf die Schlitze so ausrichten, dass sie mehrere Hohlräume definieren; und wobei ein jeweils unterschiedliches Paar der Spannhülsen in jeden Hohlraum so eingepasst ist, dass sich eine jeweilige Spannhülse jedes unterschiedlichen Paars an jeder Seite jedes jeweiligen Zahns befindet.
Entsprechend umfasst ein Verfahren zum Einbauen eines Elektromotors in ein Gehäuse in einem Fahrzeugantriebsstrang, dass ein ringförmiger Stator mit mehreren ersten geometrischen Merkmalen an einer Außenfläche des Stators ausgestaltet wird, und dass das Gehäuse mit mehreren zweiten geometrischen Merkmalen an einer Innenfläche des Gehäuses ausgestaltet wird. Das Verfahren erfordert, dass die ersten geometrischen Merkmale auf die zweiten geometrischen Merkmale ausgerichtet werden und dass der ringförmige Stator in das Gehäuse eingepresst wird. Die Spannhülsen werden an den ausgerichteten Merkmalen zwischen den Stator und das Gehäuse eingeführt.
Andere Lösungen des Problems des Unterschieds bei den Ausdehnungsraten in einem Hybridgetriebe umfassten das Vorsehen eines separaten Motorgehäuses, das in dem Getriebegehäuse sitzt, wobei das Motorgehäuse aus demselben Material wie der Stator besteht, so dass der Stator an dem Motorgehäuse anstatt an dem Getriebemantel befestigt ist. Die hier verwendeten Spannhülsen und geometrischen Merkmale sind relativ kostengünstig und bieten eine Lösung mit geringeren Kosten als ein derartiges separates Motorgehäuse. Zudem behalten die hier erörterten geometrischen Merkmale einen kompakten Gesamtdurchmesser der Elektromotoranordnung und damit des Gesamtdurchmessers des Getriebes bei, so dass das Getriebe in einen Einbauraum in einem Fahrzeug passen kann, das für ein herkömmliches Automatikgetriebe konzipiert ist.
Die voranstehenden Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung leicht offensichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.

1 ist eine schematische Veranschaulichung in einer Querschnittsseitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Elektromotoranordnung eines elektrisch verstellbaren Hybridantriebsstrangs, die einen Abschnitt eines Stators veranschaulicht, der an einem Getriebegehäuse befestigt ist;
2 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung einer Spannhülse, die bei der Ausführungsform von 1 verwendet wird;
3 ist eine schematische Veranschaulichung in einer Querschnittsendansicht einer zweiten Ausführungsform einer Elektromotoranordnung;
4 ist eine schematische Veranschaulichung in einer Querschnittsendansicht einer dritten Ausführungsform einer Elektromotoranordnung;
5 ist eine schematische Veranschaulichung in einer Querschnittsendansicht einer vierten Ausführungsform einer Elektromotoranordnung; und
6 ist eine schematische teilweise Veranschaulichung in einer Querschnittsansicht eines Abschnitts der Motoranordnung von 3 bei einem Temperaturausdehnungszustand.

Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 einen Abschnitt eines elektrisch verstellbaren Getriebes 10 eines Hybridantriebsstrangs 11, das eine Elektromotoranordnung 12 umfasst. Die Elektromotoranordnung 12 umfasst ein Gehäuse 14, welches in diesem Fall sowohl als das Motorgehäuse als auch als ein Getriebegehäuse oder ein Getriebemantel dient. Ein Getriebegehäuse oder ein Getriebemantel beherbergt die Getriebezahnradanordnung, wie etwa die nachstehend beschriebene Getriebezahnradanordnung 32, sowie die Motoranordnung im Gegensatz zu einem separaten Motorgehäuse, welches nur einen Stator und einen Rotor beherbergt. Die Elektromotoranordnung 12 umfasst einen allgemein ringförmigen Stator 16 aus Stahl, der in einen Innenhohlraum 18 eingepresst ist, welcher durch das Gehäuse 14 definiert ist. Insbesondere ist der Stator 16 ein verleimter Stapel aus gestanzten Siliziumstahlblechen. Der Stator 16 und das Gehäuse 14 sind in einer Teilansicht über einer Rotationsachse 20 des Getriebes 10 gezeigt. Fachleute werden leicht verstehen, dass der Stator 16 und das Gehäuse 14 um die Rotationsachse 20 allgemein konzentrisch herum sind. Das Gehäuse 14 besteht aus einem nicht eisenhaltigen Material, wie etwa einem Kunststoff oder einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, um das Gewicht der Anordnung zu minimieren und einen elektrischen und magnetischen Fluss von dem Stator 16 an das Gehäuse 14 zu verhindern. Ein Rotor 22, der auch nur in einer Teilansicht gezeigt ist, verläuft ebenfalls konzentrisch um die Mittellinie 20 herum und wird durch den Stator 16 durch einen magnetischen Fluss von dem erregten Stator 16 angetrieben, der teilweise in einem Spalt 24 zwischen dem Rotor 22 und dem Stator 16 existiert. Der Rotor 22 wird angetrieben, wenn elektrische Leistung an Staturspulen 26, 28 geliefert wird, die durch den Stator 16 hindurch verlaufen und durch eine Leistungsquelle, wie etwa eine Batterie oder eine Brennstoffzelle (nicht gezeigt) mit Leistung versorgt werden. Der Rotor 22 ist durch ein Verbindungselement 30 mit einer Getriebezahnradanordnung 32 verbunden. Eine Maschine oder eine andere Leistungsquelle (nicht gezeigt) ist ebenfalls zum Antreiben mit der Getriebezahnradanordnung 32 verbunden, so dass das Getriebe 10 ein elektromechanisches Hybridgetriebe ist.
Um einen stabilen Sitz zwischen dem Stator 14 und dem Gehäuse 14 zur Verhinderung einer Relativdrehung sicherzustellen, sind Spannhülsen 34 (eine ist gezeigt) zwischen den Stator 16 und das Gehäuse 14 eingepasst, die um eine Außenumfangsfläche 36 des Stators 16 und eine Innenumfangsfläche 38 des Gehäuses herum beabstandet sind. Insbesondere ist ein erster Satz geometrischer Merkmale in der Form von Vertiefungen 40 (eine ist gezeigt) in die Außenfläche 36 des Stators 16 gestanzt oder eingepresst. Die Vertiefungen 40 sind auf einen zweiten Satz geometrischer Merkmale in der Form komplementärer Vertiefungen 42 (eine ist gezeigt) ausgerichtet, die an der Innenfläche 38 (d.h. der Gehäusebohrung) des Gehäuses 14 formgepresst, geräumt oder gefräst sind. Die Vertiefungen 40 werden auf die gleich beabstandeten Vertiefungen 42 ausgerichtet, wenn der Stator 16 in den Hohlraum 18 in eine Richtung entlang der Rotationsachse 20 mit einer Schlupfpassung eingebracht wird. Die ausgerichteten Vertiefungen 40, 42 definieren kleine Hohlräume 44 (einer ist gezeigt), die so dimensioniert sind, dass sie die Spannhülsen 34 abstützen. Die Spannhülsen 34 werden in die Hohlräume 44 zwischen dem Gehäuse 14 und dem Stator 16 eingebracht, wenn der Stator 16 mit einer Schlupfpassung in das Gehäuse 14 eingesetzt wird.
Mit Bezug auf 2 ist eine Spannhülse 34 genauer gezeigt. Die Spannhülse 34 ist eine mit einem Schlitz versehene Spannhülse, die als eine längliche, allgemein zylinderförmige Stahlhülse mit einem längs verlaufenden Schlitz 46 ausgebildet ist. Die Spannhülse 34 ist ein hohler Aufbau mit einer einzigen Windung und liefert eine nach außen gerichtete Kraft, wenn sie zusammengedrückt wird. Die Spannhülse 34 ist so dimensioniert, dass sie, wenn sie beim Zusammenbau zwischen das Gehäuse 14 und den Stator 16 eingeführt wird, um einen vorbestimmten Betrag zusammengedrückt wird. Unter der Annahme erwarteter Temperaturschwankungen in der Umgebung des Getriebes 10 bei einer erwarteten Verwendung ist die Spannhülse 34 mit einem Durchmesser ohne Belastung und einer bekannten Federkonstante derart ausgestaltet, dass sich die Spannhülse 34 ausdehnen wird, um Kontakt sowohl mit dem Stator 16 als auch dem Gehäuse 14 zu halten, wenn sich der Stator 16 und das Gehäuse 14 mit unterschiedlichen Raten ausdehnen und die radiale Breite des Hohlraums 18 variieren. Eine derartige Ausdehnung ist mit Bezug auf Spannhülsen 134 von 3 und 6 gezeigt, wie nachstehend erörtert wird. Andere Formen von Spannhülsen, wie etwa spulenförmige Spannhülsen, können anstelle der mit einem Schlitz versehenen Spannhülsen verwendet werden.
Die Hohlräume 44 können als Leitungen für das Strömen von Kühlungsöl über die Außenfläche des Stators dienen. Eine abgedichtete Ölkammer 59 ist zwischen dem Gehäuse 14 und dem Stator 16 durch Statorstützen 50, 52 ausgebildet, die an das Gehäuse 14 angrenzen, wobei die Statorstütze 52 mit einer oder mehreren Schrauben 54 an dem Gehäuse 14 befestigt ist. Verschiedene Lippendichtungen 56 und Kompressionsdichtungen 58 erhalten die Kammer 59, die zwischen dem Gehäuse 14 und dem Stator 16 ausgebildet ist. Die Statorstützen 50, 52 sind mit umlaufenden Öffnungen 60, 62 (jeweils eine ist gezeigt) ausgebildet, durch welche ein Fluid in der Kammer 59 auf die Statorspulen 26, 28 verteilt wird, um die Spulen 26, 28 zu kühlen.
Verschiedene Ausführungsformen geometrischer Merkmale können verwendet werden, um Spannhülsen zwischen einem Stator und einem Gehäuse festzuhalten. Zum Beispiel wird mit Bezug auf 3 bei einer weiteren Ausführungsform einer Elektromotoranordnung 112 ein Stator 116 mit einer Schlupfpassung in einem Innenhohlraum 118 eines Motorgehäuses 114, welches auch ein Getriebegehäuse ist, eingebracht. Der Stator 116 ist ein verleimter Stapel aus gestanzten Siliziumstahlblechen. Der Rotor ist nicht gezeigt, würde sich aber innerhalb des Hohlraums 118 radial innerhalb des Stators 116 mit einem Spalt dazwischen befinden. Das Motorgehäuse 114 besteht aus einer Druckgussaluminiumlegierung oder alternativ einer Magnesiumlegierung oder einem Kunststoff. In das Gehäuse 114 sind Taschen oder Schlitze 144 gegossen, um das Strömen von Kühlungsöl entlang einer Außenfläche 136 des Stators 116 zu ermöglichen. Der Stator 116 ist mit einem ersten Satz geometrischer Merkmale in der Form halbrunder Kerben 140 versehen, die in die Außenfläche 136 des Stators 116 gestanzt oder eingepresst sind. Auf die gleiche Weise ist das Gehäuse 114 mit einem zweiten Satz von Merkmalen in der Form halbrunder Kerben 142 versehen, die an der Innenfläche 138 (d.h. der Innenbohrung) des Gehäuses 114 geräumt oder gefräst sind. Der Stator 116 ist in das Gehäuse 114 so eingepresst, dass die Kerben 140, 142 ausgerichtet sind, wobei Spannhülsen 134 zwischen das Gehäuse 114 und den Stator 116 in kleine Hohlräume eingebracht sind, die an den ausgerichteten Kerben 140, 142 ausgebildet sind. Es können beliebige Spannhülsentypen verwendet werden, wobei sich die Spannhülsen 134 durch eine Größe und eine Federkraft auszeichnen, die es den Hülsen 134 ermöglichen, Kontakt mit dem Gehäuse 114 und dem Stator 116 über den erwarteten Temperaturausdehnungsbereich zu halten. Zum Beispiel sind, wie in 3 gezeigt ist, die Spannhülsen 134 zusammengedrückt und stehen in Kontakt mit sowohl dem Gehäuse 114 als auch dem Stator 116, wenn sich die Motoranordnung 112 bei einer ersten Betriebstemperatur befindet. Mit Bezug auf 6 haben sich der Stator 116 und das Gehäuse 114 bei einer zweiten, höheren Betriebstemperatur mit unterschiedlichen Raten derart ausgedehnt, dass sich ein Spaltabstand d zwischen dem Stator 116 und dem Gehäuse 114 gebildet hat. Die Federkraft spannt die Spannhülse 134 nach außen in eine ausgedehnte Gestalt, die in 6 gezeigt ist, bei welcher die Spannhülse 134 Kontakt mit dem Stator und dem Gehäuse 114 hält. Wenn die Betriebstemperatur abnimmt, wird die Größe des Stators 116 und des Gehäuses 114 abnehmen und der Spaltabstand d wird beseitigt werden, wobei die Spannhülse 134 zu der in 3 gezeigten Gestalt zurückkehrt. Die Spannhülse 134 ist so ausgestaltet, dass sie Kontakt mit dem Stator 116 und dem Gehäuse 114 mindestens über einen Temperaturausdehnungsunterschied, der zu dem Spaltabstand d führt, hält.
Die bei dieser Ausführungsform gezeigten Spannhülsen 134 befinden sich an den Seiten des Gehäuses 114 und des Stators 116, so dass eine Linie von dem Kontaktmittelpunkt der Hülse mit dem Gehäuse zu dem Kontaktmittelpunkt der Hülse mit dem Stator im Wesentlichen horizontal verläuft. Somit verlaufen die aus dem Gewicht des Stators 116 und aus einem mechanischen Stoß herrührenden Kräfte, wenn das Fahrzeug, welches das Gehäuse 114 und den Stator 116 enthält, unebenen Boden überquert, hauptsächlich in eine im Wesentlichen rechtwinklige Richtung zu der Kontaktkraft zwischen den Spannhülsen 134 und dem Stator 116 und dem Gehäuse 114. Das heißt, dass die Spannhülsen 134 ein Zentrieren des Stators 116 in dem Gehäuse 114 bewirken, während der direkte Kontakt zwischen dem Gehäuse 114 und dem Stator 116 zum Abstützen der größten mechanischen Lasten auf den Stator 116 in der Lage ist.
Mit Bezug auf 4 umfasst eine weitere Ausführungsform einer Elektromotoranordnung 212 einen Stator 216, der in einen Innenhohlraum 218 eines Motorgehäuses 214, das auch ein Getriebegehäuse sein kann, mit einer Schlupfpassung eingepasst ist. Das Motorgehäuse 214 besteht aus einer Druckgussaluminiumlegierung oder alternativ einer Magnesiumlegierung oder aus einem Kunststoff. Der Stator 216 ist ein verleimter Stapel aus gestanzten Siliziumstahlblechen. Der Rotor ist nicht gezeigt. In das Gehäuse 214 sind Taschen oder Schlitze 244 gegossen, um ein Strömen von Kühlungsöl entlang einer Außenfläche 236 des Stators 216 zu ermöglichen. Der Stator 216 ist mit einem ersten Satz geometrischer Merkmale in der Form von rechteckigen Zähnen 240 mit Zahnfüßen 241 mit einer Viertelrundung versehen, die in die Außenfläche 236 des Stators 216 gestanzt oder eingepresst sind. Gleichermaßen ist das Gehäuse 214 mit einem zweiten Satz von Merkmalen in der Form von Schlitzen 242 versehen, die an der Innenfläche 238 (d.h. der Innenbohrung) des Gehäuses 214 formgepresst, geräumt oder gefräst sind. Der Stator 216 ist in das Gehäuse 214 derart eingepresst, dass die Zähne 240 auf die Schlitze 242 ausgerichtet sind. Paare von Spannhülsen 234 sind zwischen das Gehäuse 214 und den Stator 216 in kleine Hohlräume eingebracht, die an den ausgerichteten Zähnen 240 und Schlitzen 242 ausgebildet sind, wobei sich eine Spannhülse 234 an jeder Seite jedes Zahns 240 zwischen der ebenen Seite des Zahns 240 und dem Stator 214 bei dem Schlitz 242 befindet, so dass die Spannhülsen 234 bei dem Schlitz 242 in Rollkontakt mit dem Zahn und dem Stator 214 stehen. Beliebige Spannhülsentypen können verwendet werden, wobei sich die Spannhülsen 234 durch eine Größe und eine Federkraft auszeichnen, die Kontakt mit dem Gehäuse 214 und dem Stator 216 über den erwarteten Temperaturausdehnungsbereich halten.
Alternativ können die Schlitze 244 beseitigt werden, wenn die Schlitze 242 geeignet dimensioniert sind, um eine ausreichende Strömung von Kühlungsöl entlang der Außenfläche 236 des Stators 216 zu ermöglichen.
Mit Bezug auf 5 ist bei einer weiteren Ausführungsform einer Elektromotoranordnung 312 ein Stator 316 in einen Innenhohlraum 318 eines Motorgehäuses 314, welches auch ein Getriebegehäuse ist, mit einer Schlupfpassung eingepasst. Der Stator 316 ist ein verleimter Stapel aus gestanzten Siliziumstahlblechen. Der Rotor ist nicht gezeigt. Das Motorgehäuse 314 besteht aus einer Druckgussaluminiumlegierung oder alternativ aus einer Magnesiumlegierung oder aus einem Kunststoff. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 4 gibt es keine Schlitze, die in das Gehäuse 314 gegossen sind, um die Gesamtgröße des Gehäuses 314 zu minimieren. Die in dem Stator 316 und dem Gehäuse 314 vorgesehenen geometrischen Merkmale sind ebenfalls so ausgestaltet, dass sie eine kleine Gesamtgröße beibehalten. Insbesondere ist der Stator 316 mit einem ersten Satz geometrischer Merkmale in der Form von Erweiterungen oder „Ausbeulungen“ 339 versehen, wobei halbrunde Kerben 340 in die Außenfläche 336 des Stators 316 gestanzt oder eingepresst sind. Gleichermaßen ist das Gehäuse 314 mit einem zweiten Satz von Merkmalen in der Form von Erweiterungen 341 oder „Ausbeulungen“ versehen, wobei halbrunde Kerben 342 an der Innenfläche 338 (d.h. der Innenbohrung) des Gehäuses 314 geräumt oder gefräst sind. Der Stator 316 ist in das Gehäuse 314 so eingepresst, dass die Erweiterungen 339, 341 und die Kerben 340, 342 ausgerichtet sind, wobei Spannhülsen 334 zwischen das Gehäuse 314 und den Stator 316 in kleine Hohlräume eingebracht sind, die an den ausgerichteten Kerben 340, 342 ausgebildet sind. Es kann ein beliebiger Spannhülsentyp verwendet werden, wobei sich die Spannhülsen 334 durch eine Größe und durch eine Federkraft auszeichnen, die Kontakt mit dem Gehäuse 314 und dem Stator 316 über den erwarteten Temperaturausdehnungsbereich halten.
Die vorstehend beschriebenen Elektromotoranordnungen 12, 112, 212 und 312 können entsprechend in Übereinstimmung mit einem Verfahren zusammengebaut werden, das mit Bezug auf die Elektromotoranordnung 12 von 1 beschrieben wird, welches umfasst, dass ein ringförmiger Stator 16 mit mehreren ersten geometrischen Merkmalen (z.B. Vertiefungen 40) an einer Außenfläche 36 des Stators 16 ausgestaltet (z.B. gestanzt oder eingepresst) wird. Das Verfahren umfasst, dass ein Gehäuse 14 mit mehreren zweiten geometrischen Merkmalen (z.B. Vertiefungen 42) an einer Innenfläche 38 des Gehäuses 14 ausgestaltet wird (z.B. geräumt, gefräst oder formgepresst). Die Vertiefungen 40 und 42 werden ausgerichtet und der Stator 16 wird in das Gehäuse 14 eingepasst, und Spannhülsen 34 werden zwischen den Stator 16 und das Gehäuse 14 an den ausgerichteten Vertiefungen 40, 42 eingebracht. Der Stator 16 und das Gehäuse 14 können miteinander mit einer Schlupfpassung verbunden sein, oder sie können eine leichte Presspassung oder eine Wärmeschrumpfpassung aufweisen. Die Spannhülsen 34 können in die ausgerichteten Vertiefungen 40, 42 eingebracht werden, nachdem der Stator 16 anderweitig in dem Gehäuse 14 positioniert ist, um zu ermöglichen, dass jede Spannhülse 34 an eine gewählte axiale Stellung entlang der jeweiligen Vertiefungen 40, 42 gedrückt wird, besonders wenn die axiale Länge der Spannhülse kürzer als der Stator 16 ist, wie in 1 gezeigt ist.

Claims

Elektromotoranordnung (212) in einem Fahrzeugantriebsstrang (11), die umfasst: ein Motorgehäuse (214), das einen Innenhohlraum (218) in dem Antriebsstrang (11) definiert; einen allgemein ringförmigen Stator (216), der in den Hohlraum (218) eingepasst ist; und mehrere Spannhülsen (234), die zwischen das Gehäuse (214) und den Stator (216) eingepasst sind; wobei die Spannhülsen (234) so ausgestaltet sind, dass sie sich ausdehnen und zusammenziehen, um Kontakt sowohl mit dem Motorgehäuse (214) als auch dem Stator (216) bei den unterschiedlichen Temperaturausdehnungsraten beizubehalten; wobei die Spannhülsen (234) so ausgestaltet sind, dass sie sich ausdehnen und zusammenziehen, um Kontakt sowohl mit dem Motorgehäuse (214) als auch dem Stator (216) während einer Temperaturausdehnung des Motorgehäuses (214) und des Stators (216) zu halten; wobei der Stator (216) mehrere erste geometrische Merkmale aufweist; wobei das Gehäuse (214) mehrere zweite geometrische Merkmale aufweist; wobei die ersten geometrischen Merkmale so ausgestaltet sind, dass sie radial auf die zweiten geometrischen Merkmale ausgerichtet sind, wenn der Stator (216) in den Hohlraum (218) eingepasst ist; und wobei die Spannhülsen (234) an den ausgerichteten ersten und zweiten geometrischen Merkmalen zwischen das Gehäuse (214) und den Stator (216) eingepasst sind; wobei die ersten geometrischen Merkmale ein Satz von Zähnen (240) sind, die um eine Außenfläche (236) des Stators (216) herum beabstandet sind; wobei der zweite Satz geometrischer Merkmale ein Satz von Schlitzen (242) sind, die um eine Innenfläche (238) des Gehäuses (214) herum beabstandet sind; wobei sich die Zähne (240) auf die Schlitze (242) so ausrichten, dass sie mehrere Hohlräume definieren; und wobei ein jeweils unterschiedliches Paar der Spannhülsen (234) in jeden Hohlraum so eingepasst ist, dass sich eine jeweilige Spannhülse (234) jedes unterschiedlichen Paars an jeder Seite jedes jeweiligen Zahns (240) befindet.
Elektromotoranordnung (212) nach Anspruch 1, wobei das Motorgehäuse (214) aus einem ersten Material mit einer ersten Temperaturausdehnungsrate besteht; und wobei der Stator (216) aus einem zweiten Material mit einer zweiten Temperaturausdehnungsrate besteht.
Elektromotoranordnung (212) nach Anspruch 1, wobei die Schlitze (244) ausgestaltet sind, um ein Kühlungsöl entlang der Außenfläche (236) des Stators (216) zu verteilen.
Elektromotoranordnung (212) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (214) aus einem nicht eisenhaltigen Material besteht und der Stator (216) aus Stahl besteht.
Elektromotoranordnung (212) nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang (11) ein Getriebe (10) enthält; und wobei das Motorgehäuse (214) ein Getriebegehäuse (214) ist.
Verfahren zum Zusammenbauen eines Elektromotors (212) mit einem Gehäuse (214) eines Fahrzeugantriebsstrangs (11), das umfasst, dass: ein ringförmiger Stator (216) mit mehreren ersten geometrischen Merkmalen an einer Außenfläche (236) des Stators (216) ausgestaltet wird; das Gehäuse (214) mit mehreren zweiten geometrischen Merkmalen an einer Innenfläche (238) des Gehäuses (214) ausgestaltet wird; die ersten geometrischen Merkmale auf die zweiten geometrischen Merkmale ausgerichtet werden; der ringförmige Stator (216) in das Gehäuse (214) eingepresst wird; und eine jeweilige Spannhülse (234) an den jeweiligen ausgerichteten Merkmalen zwischen den Stator (216) und das Gehäuse (214) eingeführt wird; wobei die ersten geometrischen Merkmale ein Satz von Zähnen (240) sind, die um die Außenfläche (236) des Stators (216) herum beabstandet sind; wobei der zweite Satz geometrischer Merkmale ein Satz von Schlitzen (242) sind, die um die Innenfläche (238) des Gehäuses (214) herum beabstandet sind; wobei sich die Zähne (240) auf die Schlitze (242) so ausrichten, dass sie mehrere Hohlräume definieren; und wobei ein jeweils unterschiedliches Paar der Spannhülsen (234) in jeden Hohlraum so eingepasst wird, dass sich eine jeweilige Spannhülse (234) jedes unterschiedlichen Paars an jeder Seite jedes jeweiligen Zahns (240) befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ausgestalten eines ringförmigen Stators (216) erfolgt, indem die ersten geometrischen Merkmale gestanzt oder eingepresst werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ausgestalten eines Gehäuses (214) erfolgt, indem die zweiten geometrischen Merkmale formgepresst, geräumt oder gefräst werden. 9. Elektrisch veränderliches Getriebe (10), das umfasst: Eine Elektromotoranordnung (212) nach Anspruch 1 und ein Getriebegehäuse (214), das einen Innenhohlraum (218) definiert.