DE102018129226A1

DE102018129226A1 - Elektrische Maschine mit mehreren als Hohlleiter ausgebildeten starren Wicklungsstücken - elektrisches Anschlusskonzept

Info

Publication number: DE102018129226A1
Application number: DE102018129226.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Naderer; Nikolaus Schweinert; Manuel Hartong
Original assignee: Dynamic E Flow GmbH
Current assignee: Dynamic E Flow GmbH
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) mit einem Läufer (3), einem Stator (2) mehreren als Hohlleiter ausgebildeten Wicklungsstücken (5), die verschiedene Spulen einer Wicklung (4) der elektrischen Maschine (1) bilden und jeweils Teil eines Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine (1) sind, und mit mehreren externen Phasenanschlüssen (L1 - L3), die mit den Wicklungsstücken (5) elektrisch verbunden sind. Gemäß der Erfindung sind mehrere Kontaktringe (18a - 18d) vorgesehen, die dazu ausgelegt sind, jeweils mehrere der Wicklungsstücke (5) elektrisch zu kontaktieren und diese mit einem der externen Phasenanschlüsse (L1-L3) elektrisch zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Läufer, einem Stator und mehreren als Hohlleiter ausgebildeten starren Wicklungsstücken, die verschiedene Spulen einer Wicklung der elektrischen Maschine bilden und jeweils Teil eines Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus dem Stand der Technik sind innengekühlte elektrische Maschinen bekannt, deren Wicklung in der sogenannten Pin- oder Hairpin-Technologie hergestellt ist. Pins oder Hairpins sind meist aus Kupfer hergestellte, starre Wicklungsstücke, die in Nuten des Stators der elektrischen Maschine eingesetzt werden und die im Betrieb der elektrischen Maschine ein magnetisches Feld erzeugen. Bei innengekühlten elektrischen Maschinen sind die Wicklungsstücke als Hohlleiter ausgebildet, die einen durchgehenden Kanal umfassen, durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um die elektrische Maschine zu kühlen.
Aus dem Stand der Technik bekannte starre Wicklungsstücke haben meist die Form von Haarnadeln oder Stäben. Bekannte Haarnadeln umfassen beispielsweise zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Schenkel und einen gekrümmten Übergangsbereich, der die beiden Schenkel miteinander verbindet. An ihrer Außenfläche sind die bekannten Wicklungsstücke in der Regel mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen.
Bei derartigen elektrischen Maschinen mit einer aus starren Wicklungsstücken gebildeten Hohlleiterwicklung stellen sowohl der elektrische als auch hydraulische Anschluss der einzelnen Wicklungsstücke eine technische Herausforderung dar, die ausreichend Raum für Verbesserungen bietet.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine mit einer aus mehreren starren Wicklungsstücken gebildeten Hohlleiterwicklung zu schaffen, die insbesondere in Bezug auf den elektrischen Anschluss der einzelnen Wicklungsstücke besonders einfach aufgebaut ist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im unabhängigen Anspruch 1 genannten Merkmale. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird eine elektrische Maschine vorgeschlagen, die einen Läufer, einen Stator, mehrere externe Phasenanschlüsse und mehrere als Hohlleiter ausgebildete Wicklungsstücke umfasst, die verschiedene Spulen einer Wicklung der elektrischen Maschine bilden und jeweils Teil eines Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine sind. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst mehrere Kontaktringe, die dazu ausgelegt sind, jeweils mehrere der Wicklungsstücke mit einem der externen Phasenanschlüsse elektrisch zu verbinden. Mit Hilfe der vorstehend genannten Kontaktringe ist es besonders einfach möglich, die betreffenden Anschlüsse der Spulen bzw. Wicklungsstücke zu kontaktieren und mit dem jeweils zugehörigen externen Phasenanschluss zu verbinden. Dies ist insbesondere bei solchen elektrischen Maschinen von Vorteil, die pro Phase (U, V, W) mehrere parallel geschaltete Spulen aufweisen, d. h. bei denen jeder elektrischen Phase bzw. jedem externen Phasenanschluss mehrere parallel geschaltete Spulen zugeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Kontaktring mehrere Anschlüsse zum elektrischen Kontaktieren von Wicklungsstücken, wobei diese Anschlüsse über den Umfang des Kontaktrings vorzugsweise gleichmäßig verteilt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Maschine auch einen Satz aus mehreren Verteilerelementen, von denen jeweils eines mit einem der zugehörigen externen Phasenanschlüsse elektrisch in Verbindung steht.
Jedes der Verteilerelemente ist vorzugsweise über mehrere elektrische Verbindungselemente mit einem der zuvor genannten Kontaktringe elektrisch verbunden. Eine solche elektrische Maschine umfasst in diesem Fall: einen Satz Verteilerelemente, die den über die externen Phasenanschlüssen fließenden Strom jeweils auf mehrere elektrische Verbindungselemente verteilen, die genannten elektrischen Verbindungselemente, welche die Verteilerelemente und die Kontaktringe elektrisch verbinden, und die genannten Kontaktringe, die jeweils eine vorgegebene Anzahl von parallel geschalteten Spulen kontaktieren. Ausgehend von den externen Phasenanschlüssen (L1, L2, L3) führt der Strompfad in diesem Fall über jeweils ein Verteilerelement, mehrere elektrische Verbindungselemente und jeweils einen der Kontaktringe zu den Spulen der Wicklung und dann weiter zu einem Referenzpotential (z. B. dem Nullpunkt oder einer anderen Phase).
Die genannten elektrischen Verbindungselemente können beispielsweise als stabförmige Elemente ausgebildet sind. Die Verbindungselemente verlaufen vorzugsweise etwa in Axialrichtung der elektrischen Maschine. Sie sind außerdem vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der elektrischen Maschine verteilt angeordnet.
Die einzelnen Verteilerelemente haben vorzugsweise eine unterschiedliche Größe bzw. Durchmesser, wodurch die Konstruktion der elektrischen Beschaltung vereinfacht wird. Die Verteilerelemente sind vorzugsweise ringförmig als Verteilerringe ausgebildet, wodurch ebenfalls die Konstruktion der elektrischen Maschine vereinfacht werden kann.
Die Kontakt- und/oder Verteilerelemente sind vorzugsweise in Axialrichtung der elektrischen Maschine nebeneinander angeordnet. Sie liegen vorzugsweise jeweils in einer axialen Ebene und haben daher eine Flächennormale, die etwa in Axialrichtung der elektrischen Maschine zeigt. Die Kontakt- und/oder Verteilerelemente befinden sich innerhalb des Gehäuses und sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie den Läufer der elektrischen Maschine umgeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kontakt- und/oder Verteilerelemente als Scheiben ausgeführt.
Ein als Hohlleiter ausgebildetes Wicklungsstück kann gemäß der Erfindung beispielsweise die Form eines Stabes aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung hat ein Wicklungsstück die Form einer Haarnadel, wobei das Wicklungsstück zwei Schenkel und einen gekrümmten Übergangsbereich umfasst, der die beiden Schenkel miteinander verbindet. Die beiden Schenkel sind im Wesentlichen parallel angeordnet und haben vorzugsweise jeweils ein Profil, das an den Querschnitt der zugehörigen Nut im Stator angepasst ist. Ein erfindungsgemäßes Wicklungsstück kann prinzipiell so dimensioniert sein, dass es eine Nut alleine oder zusammen mit einem oder mehreren weiteren Wicklungsstücken ausfüllt.
Ein erfindungsgemäßes Wicklungsstück ist vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung eines der genannten Materialien hergestellt. An seiner Außenfläche ist vorzugsweise eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen.
Die einzelnen Spulen der Wicklung sind vorzugsweise aus mehreren starren Wicklungsstücken gebildet, die elektrisch in Serie geschaltet sind.
Die vorstehend genannten Verteilerelemente, die Kontaktringe als auch die zwischen den Verteilerelementen und den Kontaktringen angeordneten elektrischen Verbindungselemente müssen gegebenenfalls sehr hohe Stromdichten führen. Um die Kühlung der genannten Bauelemente zu verbessern, ist es gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, neben der Wicklung auch die Verteilerelemente und/oder die Kontaktringe und/oder die Verbindungselemente als Hohlleiter auszubilden, so dass ein Kühlmittel durch die genannten Bauelemente geleitet werden kann. Die Verteilerelemente, die Kontaktringe und/oder die Verbindungselemente bilden damit selbst einen Teil des Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine, wodurch diese besonders effektiv gekühlt werden kann.
Alternativ zur vorstehend beschriebenen Innenkühlung können die genannten Bauelemente auch von außen gekühlt werden. So können die Bauelemente beispielsweise in einer oder mehreren Kammern angeordnet sein, durch die ein Kühlmittel geleitet wird.
Grundsätzlich kann jedes thermisch stark beanspruchte Bauelement durch eine entsprechende Führung bzw. Auslegung des Kühlmittelpfades gekühlt werden. Bei einer Konstruktion als Hohlleiter können die einzelnen Bauelemente von innen gekühlt werden. Alternativ kann das Kühlmittel auch außen vorbei geleitet werden, um das betreffende Bauelement zu kühlen. Die Art und Weise der Kühlung ergibt sich aus den technischen Anforderungen und kann vom Fachmann durch praktische Überlegungen einfach umgesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die Kontaktringe jeweils mehrere Arme, an denen jeweils wenigstens eines der Wicklungsstücke elektrisch kontaktiert wird. Die Arme sind vorzugsweise am Innenumfang der Kontaktringe angeordnet. Sie verlaufen vorzugsweise quer zur Axialrichtung der elektrischen Maschine, etwa in Radialrichtung.
Zum hydraulischen Anschluss der Spulen der elektrischen Wicklung an den Kühlmittelkreislauf ist vorzugsweise ein hydraulisches Anschlussteil mit Anschlüssen für mehrere Wicklungsstücke vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Anschlüsse für Wicklungsstücke unterschiedlicher Phasen elektrisch voneinander isoliert, so dass Wicklungsstücke verschiedener elektrischer Phasen (U, V, W) daran angeschlossen werden können.
Die einzelnen, im hydraulischen Anschlussteil vorgesehenen Anschlüsse können entweder für ein einziges oder für mehrere Wicklungsstücke ausgelegt sein.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst das hydraulische Anschlussteil einen umlaufenden Kanal, der mit mehreren der Wicklungsstücke fluidtechnisch in Verbindung steht und über den ein Kühlmittel in die einzelnen Wicklungsstücke eingespeist oder ein aus den Wicklungsstücken austretendes Kühlmittel gesammelt werden kann.
Das hydraulische Anschlussteil ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass sämtliche Wicklungsstücke hydraulisch parallelgeschaltet sind.
Das hydraulische Anschlussteil kann beispielsweise aus Kunststoff, aber auch aus Metall hergestellt sein. Zur elektrischen Isolierung der angeschlossenen Wicklungsstücke gegenüber dem hydraulischen Anschlussteil können z. B. elektrische Isolationselemente vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die elektrische Isolierung dadurch, dass die Enden der starren Wicklungsstücke im Abstand zum hydraulischen Anschlussteil angeordnet sind und somit ein Freiraum zwischen jedem Wicklungsstück und dem hydraulischen Anschlussteil verbleibt. Ein zusätzlicher Isolator ist in diesem Fall nicht erforderlich.
Der genannte Freiraum kann beispielsweise dadurch geschaffen werden, dass die im hydraulischen Anschlussteil vorgesehenen Anschlussöffnungen einen größeren Querschnitt aufweisen als die Endabschnitte der einzelnen Wicklungsstücke. Die Endabschnitte der Wicklungsstücke ragen dann in den jeweiligen Anschluss hinein, ohne das hydraulische Anschlussteil zu berühren. Die einzelnen Wicklungsstücke können alternativ aber auch so angeordnet sein, dass sie mit einem axialen Abstand zum hydraulischen Anschlussteil enden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische Maschine eine Dichtung, die mehrere Durchlässe aufweist, in denen jeweils ein Endabschnitt eines der Wicklungsstücke angeordnet ist. Die Dichtung hat vorzugsweise eine in Axialrichtung zeigende Fläche, die gegen eine korrespondierende Fläche des hydraulischen Anschlussteils gepresst wird, um die hydraulischen Anschlüsse der einzelnen Wicklungsstücke abzudichten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dichtung aus einer Vergussmasse hergestellt, die in einem teilassemblierten Zustand der elektrischen Maschine in einen Raum, in dem die Endabschnitte der Wicklungsstücke angeordnet sind, hineingegossen wird und die sich dann um die Endabschnitte herum verteilt und aushärtet. Die Endabschnitte der einzelnen Wicklungsstücke verlaufen in diesem Fall vorzugsweise durch die Dichtung hindurch und ragen in Richtung des hydraulischen Anschlussteils hervor. Das hydraulische Anschlussteil kann nun auf die Endabschnitte aufgesetzt werden. Im zusammengebauten Zustand liegen die gegenüberliegenden Seiten der Dichtung und des hydraulischen Anschlussteils fest aufeinander, wodurch eine Abdichtung der hydraulischen Anschlüsse der Wicklungsstücke am hydraulischen Anschlussteil gewährleistet wird.
Die einzelnen Wicklungsstücke sind an ihren stirnseitigen Enden vorzugsweise offen, so dass das Kühlmittel an einem der Enden eingespeist und am anderen Ende ausgeführt wird.
Die Endabschnitte der einzelnen Wicklungsstücke sind bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine vorzugsweise in mehreren Reihen mit unterschiedlichen Radien angeordnet. Sie enden vorzugsweise etwa auf gleicher axialer Höhe, d.h. in einer axialen Ebene. Die elektrische Maschine lässt sich dadurch besonders einfach zusammenbauen.
Das vorstehend genannte hydraulische Anschlussteil umfasst vorzugsweise mehrere umlaufende Kanäle zum Verteilen oder Sammeln von Kühlmittel in bzw. aus den einzelnen Wicklungsstücken. Wenigstens einer dieser Kanäle ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er mit wenigstens zwei Reihen der Endabschnitte der Wicklungsstücke fluidtechnisch kommuniziert.
Das hydraulische Anschlussteil ist vorzugsweise ringförmig als hydraulischer Anschlussring ausgebildet. Dadurch kann es um den Läufer herum angeordnet sein, wodurch die elektrische Maschine besonders kompakt wird. Die Dichtung ist vorzugsweise ebenfalls ringförmig.
Die eingangs genannten Kontaktringe können, wie erwähnt, aus massivem Metall hergestellt sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktringe aus einem Leiterplattenmaterial hergestellt, das Leiterbahnen umfasst, die einzelne Wicklungsstücke elektrisch kontaktieren.
Dieselben oder ggf. auch andere Leiterplatten können außerdem dazu vorgesehen sein, mehrere Wicklungsstücke elektrisch in Serie schalten, um die Spulen der elektrischen Wicklung zu bilden.
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine kann auch wenigstens eine Kontaktscheibe haben, die mehrere Durchgangsöffnungen aufweist, durch die die einzelnen Wicklungsstücke hindurch gesteckt sind, wobei die Kontaktscheibe ferner elektrische Verbinder umfasst, über die bestimmte Wicklungsstücke elektrisch in Serie geschaltet werden, um die Spulen der elektrischen Wicklung zu bilden.
Der elektrische und hydraulische Anschluss der einzelnen Wicklungsstücke erfolgt vorzugsweise nur auf einer Seite der elektrischen Maschine. Im Falle von stabförmigen Wicklungsstücken kann der elektrische und/oder hydraulische Anschluss der einzelnen Wicklungsstücke aber auch auf zwei Seiten der elektrischen Maschine erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Endabschnitte der einzelnen Wicklungsstücke vorzugsweise in mehreren, insbesondere kreisförmigen, Reihen angeordnet. Die Endabschnitte sind dabei vorzugsweise parallel angeordnet und zeigen vorzugsweise alle in Axialrichtung der elektrischen Maschine. Die Endabschnitte enden vorzugsweise etwa auf gleicher axialer Höhe, d.h. etwa in derselben Ebene. Dadurch wird der elektrische und hydraulische Anschluss der Wicklungsstücke wesentlich vereinfacht.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine mit massiven Kontaktringen aus Metall gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Wicklungsstücks einer elektrischen Maschine in Form einer Haarnadel;
6a, 6b verschiedene Ansichten eines hydraulischen Anschlussteils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine Schnittansicht eines hydraulischen Anschlussteils und einer Dichtung gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung;
8 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine mit elektrischen Kontaktringen in Form von Leiterplatten gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9a - 9d verschiedene Leiterplatten einer elektrischen Maschine, die als Kontaktringe zum elektrischen Kontaktieren bestimmter Wicklungsstücke der Wicklung der elektrischen Maschine dienen;
10 eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Kontaktanordnung, umfassend die Verteilerelemente der 3a, 3b sowie die in den 8a - 8d gezeigten Leiterplatten;
11 eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine mit einem hydraulischen Anschlussteil gemäß einer zweiten Variante;
12 eine vergrößerte Schnittansicht eines hydraulischen Anschlussteils gemäß der zweiten Variante mit hindurch gesteckten Wicklungsstücken;
13 eine perspektivische Ansicht eines hydraulischen Anschlussteils gemäß der zweiten Variante mit zwei darauf angeordneten Abdeckscheiben und einer Kontaktscheibe;
14a, 14b verschiedene perspektivische Ansichten eines hydraulischen Anschlussteils gemäß der zweiten Variante der Erfindung;
15a, 15b die beiden Teilringe des in den 14a, 14b gezeigten hydraulischen Anschlussteils;
16a, 16b perspektivische Ansichten des in den 14a, 14b dargestellten hydraulischen Anschlussteils mit darauf angeordneten Abdeckscheiben; und
17a, 17b perspektivische Ansichten der Anordnung von 16a, 16b mit einer zusätzlichen elektrischen Kontaktscheibe.

1 zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine 1 mit einem Stator 2, einem Läufer 3 und einer aus mehreren starren Wicklungsstücken 5 gebildeten Wicklung 4. Die starren Wicklungsstücke 5 sind dabei als Hohlleiter ausgebildet und umfassen einen durchgehenden Kanal 9, durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um die elektrische Maschine 1 zu kühlen. Die einzelnen Wicklungsstücke 5 sind dabei hydraulisch parallel geschaltet und jeweils Teil eines Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine 1.
Im Ausführungsbeispiel von 1 sind die Wicklungsstücke 5 jeweils einzeln in Nuten 24 des Stators 2 der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Der Querschnitt der Wicklungsstücke 5 ist dabei an den Querschnitt der Nuten 24 angepasst, so dass sie im Wesentlichen spielfrei in den Nuten 24 aufgenommen werden. Alternativ könnte aber auch mehr als ein Wicklungsstück 5 pro Nut 24 vorgesehen sein.
Als Kühlmittel kann beispielsweise ein Öl, Therminol, Galden oder Kohlstoffdioxid verwendet werden.
Die elektrische Maschine 1 umfasst ferner ein Gehäuse 13 mit einem Gehäusedeckel 17, in dem sämtliche Komponenten der elektrischen und hydraulischen Anschlussanordnung untergebracht sind.
Bei der in 1 dargestellten elektrischen Maschine 1 sind die Wicklungsstücke 5 als sogenannte Hairpins ausgeführt, wie sie beispielshaft in 2 dargestellt sind. Das in 2 gezeigte Wicklungsstück 5 umfasst zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Schenkel 6 und einen gekrümmten Übergangsbereich 10, der die beiden Schenkel 6 miteinander verbindet. Das dargestellte Hairpin ist als Hohlleiter ausgebildet und umfasst einen durchgehenden Kanal 9, der von einem Endabschnitt 8 zum anderen Endabschnitt 8 durchgeht und durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um die Wicklung 4 der elektrischen Maschine 1 im Betrieb zu kühlen. Das Hairpin ist an seinen stirnseitigen Enden 33 jeweils offen. Eines der stirnseitigen Enden 33 kann somit als Kühlmitteleinlass und das andere stirnseitige Ende 33 als Kühlmittelauslass verwendet werden.
Das in 2 dargestellte Wicklungsstück 5 kann beispielsweise aus Kupfer hergestellt sein. An seiner Außenfläche ist es vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen.
Der Wicklungsstück 5 kann z. B. ein rundes oder eckiges Profil aufweisen. Das Wicklungsstück 5 kann auch an verschiedenen Abschnitten ein unterschiedliches Profil aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Profil an den Endabschnitten rund.
Die in 1 dargestellte elektrische Maschine 1 ist dreiphasig ausgeführt und hat entsprechend drei externe Phasenanschlüsse L1, L2 und L3, an denen die elektrischen Phasen U, V und W anliegen. Die Wicklung 4 der elektrischen Maschine 1 ist hier so ausgeführt, dass sie für jede elektrische Phase U, V und W jeweils mehrere parallel geschaltete Spulen umfasst. Die einzelnen Wicklungsstücke 5 sind entsprechend so elektrisch verschaltet, dass jeweils mehrere Wicklungsstücke seriell zu einer Spule verschaltet sind, und mehrere solcher Spulen, die derselben elektrischen Phase U, V, Wangehören, parallelgeschaltet sind. Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung kann jede Phase U, V, W beispielsweise acht parallele Spulen umfassen. Die Wicklung 4 der elektrischen Maschine kann natürlich auch mehr oder weniger parallel geschaltete Spulen aufweisen.
Die Endabschnitte 8 derjenigen Wicklungsstücke 5, die am Phasenpotential U, V, W liegen, sind über eine elektrische Kontaktanordnung, auf die im Folgenden noch näher eingegangenen werden wird, mit dem jeweils zugehörigen externen Phasenanschluss L1, L2 oder L3 verbunden.
Die genannte elektrische Kontaktanordnung umfasst bei dieser Ausführungsform einen Satz aus drei Verteilerelementen 11a, 11b, 11c, wie er beispielhaft in den 3a, 3b dargestellt ist. Jedes der Verteilerelemente 11a, 11b, 11c ist an einem der externen Phasenanschlüsse L1, L2, L3 elektrisch angeschlossen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verteilerelement 11a mit dem Phasenanschluss L1, das Verteilerelement 11b mit dem Phasenanschluss L2 und das Verteilerelement 11c mit dem Phasenanschluss L3 elektrisch verbunden. Die drei Verteilerelemente 11a bis 11c sind in Axialrichtung B der elektrischen Maschine 1 nebeneinander angeordnet und elektrisch voneinander isoliert.
Jedes Verteilerelement 11a, 11b, 11c umfasst ferner mehrere Aufnahmen 45 für elektrische Verbindungselemente 12a - 12d, die über den Umfang des Verteilerelements vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die einzelnen Verteilerelemente 11a, 11b, 11c dienen im Wesentlichen dazu, den an den Phasenanschlüssen L1, L2, L3 zugeführten Strom über den Umfang der elektrischen Maschine 1 zu verteilen und zu den nachfolgenden Kontaktringen 18a - 18d zu leiten. Jedes der Verteilerelemente 11a - 11d ist über mehrere elektrische Verbindungselemente 12a - 12d mit jeweils einem Kontaktring 18a - 18d elektrisch verbunden.
Die 4a - 4c zeigen verschiedene Kontaktringe 18a - 18c gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Kontaktring 18a ist dabei mit dem zugehörigen Verteilerelement 11a und dem Phasenanschluss L1, der Kontaktring 18b mit dem zugehörigen Verteilerelement 11b und dem Phasenanschluss L2 und der Kontaktring 18c mit dem zugehörigen Verteilring 11c und dem Phasenanschluss L3 elektrisch verbunden.
Wie in den 4a - 4c zu erkennen ist, sind die elektrischen Verbindungselemente 12a - 12c jeweils an den zugehörigen Kontaktringen 18a - 18c befestigt und über den Umfang der Kontaktringe 18a - 18c gleichmäßig verteilt. Im montierten Zustand liegen die Kontaktringe 18a - 18c im Wesentlichen quer zur Axialrichtung B der elektrischen Maschine 1, und die elektrischen Verbindungselemente 12a - 12c verlaufen im Wesentlichen in Axialrichtung B.
Jeder der elektrischen Kontaktringe 18a - 18c umfasst mehrere Arme 23 zum elektrischen Kontaktieren von Endabschnitten 8 derjenigen Entwicklungsstücke 5, die an einer bestimmten elektrischen Phase U, V oder W liegen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst jeder Kontaktring 18a - 18c acht Arme 23, um damit jeweils eines von acht Wicklungsstücken 5 von acht parallel geschalteten Spulen zu kontaktieren. Die Arme 23 haben eine unterschiedliche Länge, um radial weiter innenliegende oder weiter außenliegende Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 zu kontaktieren. Jeder Arm 23 umfasst eine Kontaktöffnung 16, durch die der Endabschnitt 8 eines Wicklungsstücks 5 hindurch gesteckt und festgelötet ist.
Bei einer elektrischen Maschine 1 gemäß der Erfindung sind die Endabschnitte 8 der einzelnen Wicklungsstücke 5 vorzugsweise in mehreren, insbesondere kreisförmigen, Reihen angeordnet. Die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 sind vorzugsweise parallel nebeneinander angeordnet und zeigen vorzugsweise alle in Axialrichtung B. Die Endabschnitte 8 enden vorzugsweise alle auf gleicher axialer Höhe, d.h. etwa in derselben Ebene. Dies erleichtert die elektrische Kontaktierung der einzelnen Wicklungsstücke 5 sowie deren hydraulische Anbindung an den Kühlkreislauf.
5 zeigt die Kontaktringe 18a - 18c der 4a - 4c in einem zusammengebauten Zustand. Wie zu erkennen ist, sind die einzelnen Kontaktringe 18a - 18c in Axialrichtung B der elektrischen Maschine 1 nebeneinander angeordnet und dabei elektrisch voneinander isoliert.
Neben dem elektrischen Anschluss einzelner Wicklungsstücke 5 an den jeweils zugehörigen externen Phasenanschluss L1, L2, L3 ist es auch erforderlich, bestimmte Wicklungsstücke 5 miteinander in Serie zu verschalten, um die Spulen der Wicklung 4 der elektrischen Maschine 1 zu bilden. Zum Zwecke der seriellen Verschaltung können beispielsweise einfache elektrische Leiter verwendet werden, die zwischen die gewünschten Wicklungsstücke gelötet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch eine elektrische Kontaktscheibe 39 mit elektrischen Verbindern 40 vorgesehen, wie sie in 13 dargestellt ist. Bevor auf diese Kontaktscheibe 39 Bezug genommen wird, wird im Folgenden zunächst noch auf den hydraulischen Anschluss der einzelnen Wicklungsstücke 5 eingegangen:

6a und 6b zeigen verschiedene perspektivische Ansichten eines hydraulischen Anschlussteils 15, an dem sämtliche Wicklungsstücke 5 hydraulisch angeschlossen sind. Das hydraulische Anschlussteil 15 umfasst mehrere Anschlussöffnungen, die hier als umlaufende Kanäle 31 bzw. 32 ausgebildet sind, die jeweils mit mehreren der Wicklungsstücke 5 fluidtechnisch in Verbindung stehen und über die ein Kühlmittel in die Wicklungsstücke 5 eingespeist oder ein aus den Wicklungsstücken 5 austretendes Kühlmittel gesammelt wird.

Der mittlere Kanal 32 des hydraulischen Anschlussteils 15 ist hier breiter ausgebildet als die beiden anderen Kanäle 31 und überspannt zwei benachbart angeordnete ringförmige Reihen von Endabschnitten 8. Die beiden anderen Kanäle31, von denen einer radial außerhalb und einer radial innerhalb des mittleren Kanals 32 angeordnet ist, sind jeweils einer einzigen ringförmigen Reihe von Endabschnitten 8 zugeordnet. Sämtliche Kanäle 31, 32 verlaufen im Wesentlichen über den gesamten Umfang des hydraulischen Anschlussteils 15.
Im vorliegenden Fall wird das Kühlmittel über den mittleren Kanal 32 in die damit verbundenen Wicklungsstücke 5 eingespeist und tritt am anderen Ende der Wicklungsstücke 5 entweder in den außenliegenden oder in den innenliegenden Kanal 31 aus. Im Bereich des mittleren Kanals 32 sind verschiedene Durchlässe 26 vorgesehen, über die das Kühlmittel in den Kanal 32 eintritt. Darüber hinaus sind im Bereich des außenliegenden Kanals 31 mehrere Durchlässe 44 vorgesehen, über die das Kühlmittel aus dem hydraulischen Anschlussteil 15 austritt. Weitere Eintritts- oder Austrittsöffnungen können auch an der Umfangsfläche des hydraulischen Anschlussteils 15 vorgesehen sein.
Das hydraulische Anschlussteil 15 umfasst ferner mehrere Durchlässe 25, durch die die Verbindungselemente 12a - 12c zwischen den Kontaktringen 18a - 18c und den Verteilerelementen 11a - 11c hindurch gesteckt sind.
Wie in den 6a und 6b zu erkennen ist, sind die einzelnen Kanäle 31, 32 als ringförmige Nuten ausgebildet, die in einer in Richtung der Kontaktringe 18a - 18d zeigenden Fläche des hydraulischen Anschlussteils 15 angeordnet sind. Bei der ersten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 von 1 ragen die Endabschnitte 8 der einzelnen Wicklungsstücke 5 in diese Nuten hinein. Die Abdichtung der hydraulischen Anschlüsse der Wicklungsstücke 5 erfolgt dabei mittels einer Dichtung 27, wie sie beispielhaft in 7 dargestellt ist.
7 zeigt eine Dichtung 27 mit mehreren Durchlässen, die zur Aufnahme jeweils eines Endabschnitts 8 eines Wicklungsstücks 5 ausgelegt sind. Die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 sind jeweils formschlüssig in den Durchlässen 28 aufgenommen, wodurch die Dichtigkeit der Anordnung gewährleistet wird. Alternativ oder zusätzlich können auch eine oder mehrere Dichtungen (nicht gezeigt) an der Dichtung 27 vorgesehen sein.
Die Dichtung 27 und das hydraulische Anschlussteil 15 haben gegenüberliegende Flächen 29 bzw. 30, die komplementär (im vorliegenden Fall plan) ausgebildet und im zusammengebauten Zustand fest aneinander gepresst sind, wodurch die hydraulischen Anschlüsse der einzelnen Wicklungsstücke 5 abgedichtet werden.
Die Dichtung 27 kann beispielsweise als vorgefertigtes Bauteil, z.B. aus Kunststoff, hergestellt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Dichtung 27 aber aus einer Vergussmasse, die in einen Raum 48, in welcher sich die Endabschnitte 8 der einzelnen Wicklungsstücke 5 befinden, gegossen wird und sich dann um die Endabschnitte 8 herum ausbreitet. Nach einiger Zeit erhärtet die Vergussmasse und bildet die Dichtung 27, wie sie in 7 dargestellt ist. Die Endabschnitte 8 ragen dabei über die Fläche 29 der Dichtung 27 ein Stück weit hervor. Wenn nun das hydraulische Anschlussteil 15 in einem nächsten Arbeitsschritt auf die Dichtung 27 aufgesetzt wird, tauchen die Endabschnitte 8 in die verschiedenen Kanäle 31, 32 ein. Über die stirnseitigen Ende 33 der einzelnen Wicklungsstücke 5 kann nun Kühlmittel in die Wicklungsstücke 5 eingespeist oder aus den Wicklungsstücken 5 austretendes Kühlmittel gesammelt werden. Sämtliche Wicklungsstücke 5 sind vorzugsweise im Kühlkreislauf hydraulisch parallelgeschaltet.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 1 fließt das Kühlmittel über einen am Gehäuse 13 der elektrischen Maschine 1 vorgesehenen Kühlmitteleingang 19 in die elektrische Maschine 1 hinein und wird von dort über einen oder mehrere Kanäle dem hydraulischen Anschlussteil 15 zugeführt. Das Kühlmittel tritt dort von außen über die Durchlässe 26 in den mittleren Kühlmittelkanal 32 ein und wird dann in die damit fluidtechnisch verbundenen Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 eingespeist, läuft durch die einzelnen Wicklungsstücke 5 hindurch und tritt an den beiden Kanälen 31 wieder aus. Von dort wird das Kühlmittel in eine Kammer 21 geleitet, in der sich die Verteilerelemente 11a - 11c befinden. Das Kühlmittel tritt schließlich am Kühlmittelausgang 20 wieder aus der elektrischen Maschine 1 aus.
Der Querschnitt der Kanäle 31, 32 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel so gewählt, dass die Endabschnitte 8 der einzelnen Wicklungsstücke 5 in die Kanäle 31, 32 eintauchen können, ohne das hydraulische Anschlussteil 15 zu berühren. Zwischen den Endabschnitten 8 der Wicklungsstücke 5 und den Wänden der Kanäle 31, 32 verbleibt also ein Freiraum, wodurch die Endabschnitte 8 gegenüber dem hydraulischen Anschlussteil 15 elektrisch isoliert sind. Zusätzliche Isolationselemente können, müssen daher nicht unbedingt vorgesehen werden. Darüber hinaus wird es dadurch möglich, das hydraulische Anschlussteil 15 auch aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Metall, herzustellen.
Des Weiteren kann auch eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine 1 (nicht gezeigt) in den Kühlkreislauf eingebunden sein und durch das Kühlmittel gekühlt werden. Durch entsprechende Auslegung des Kühlmittelpfades durch die elektrische Maschine 1 können im Prinzip beliebige Komponenten, sofern gewünscht, gekühlt werden. Der Fachmann wird den Kühlmittelpfad gemäß den Anforderungen im Rahmen seines Fachwissens entsprechend anpassen.
8 zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in weiten Teilen identisch aufgebaut ist wie die elektrische Maschine 1 von 1. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform sind die Kontaktringe 18a - 18b aber nicht als massive Metallringe ausgebildet, sondern bestehen aus einzelnen Leiterplatten 14a - 14d, die hier insgesamt mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet sind.
Die 9a - 9d zeigen perspektivische Ansichten der genannten Leiterplatten 14a - 14d. Einige davon werden von den zuvor beschriebenen Verteilerelementen 12a - 12c kontaktiert und sind somit jeweils mit einer der elektrischen Phasen U, V, W bzw. einem externen Phasenanschlüssen L1, L2, L3 elektrisch verbunden.
Die einzelnen Leiterplatten 14a - 14d umfassen vorzugsweise auch elektrische Leiterbahnen (nicht gezeigt), die bestimmte Wicklungsstücke 5 elektrisch miteinander verbinden und in Serie schalten, um die Spulen der Wicklung 4 der elektrischen Maschine 1 zu bilden.
Jede der Leiterplatten 14a - 14d umfasst ferner eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 36 für die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5. Da die Wicklungsstücke 5 durch alle Leiterplatten 14a - 14d hindurch gesteckt sind, ist die Anzahl der Durchgangsöffnungen 36 jeweils gleich groß. Die Endabschnitte 8 der einzelnen Wicklungsstücke 5 sind, je nach elektrischer Verschaltung, jeweils an einer oder mehreren der Leiterplatten 14a - 14d angelötet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 9 und 10 ist die Leiterplatte 14a dem hydraulischen Anschlussteil 15 gegenüberliegend angeordnet. Danach folgen die einzelnen Leiterplatten 14b, 14c und 14d. Alternativ können auch mehr als 4 Leiterplatten vorgesehen sein.
Im vorliegenden Fall wird die Leiterplatte 14a von den Verbindungselementen 12a kontaktiert, die Leiterplatte 14b von den Verbindungselementen 12b und die Leiterplatte 14c von den Verbindungselementen 12c. Die Leiterplatte 14d liegt auf dem Nullpotential. Wie in den 9b - 9d zu sehen ist, haben die einzelnen Leiterplatten 14a - 14c jeweils mehrere Durchgangsöffnungen 43, durch die die Verbindungselemente 12a und/oder 12b und/oder 12c hindurch verlaufen. Aufgrund ihrer Anordnung im Leiterplattenstapel hat die Leiterplatte 14a die meisten Durchgangsöffnungen 43 und die Leiterplatte 14c die wenigsten Durchgangsöffnungen 43 für Verbindungselemente 12a - 12c.
10 zeigt schließlich die gesamte Kontaktanordnung in einem zusammengebauten Zustand. Die einzelnen Leiterplatten 14a - 14d sind dabei in einem Leiterplattenstapel 14 angeordnet und über zugehörige Verbindungselemente 12a - 12c mit jeweils einem der elektrischen Verteilerelemente 11a - 11c elektrisch verbunden.
Die äußerste Leiterplatte 14a wird im zusammengebauten Zustand gegen das hydraulische Anschlussteil 15 gepresst und übernimmt damit gleichzeitig die Funktion der vorstehend beschriebenen Dichtung 27, die die hydraulischen Anschlüsse der einen Wicklungsstücke am hydraulischen Anschlussteil 15 abdichtet. Wahlweise kann auch eine andere Dichtung 27 zwischen die äußerste Leiterplatte 14a und das hydraulische Anschlussteil 15 eingesetzt bzw. eingegossen sein.
11 zeigt eine Schnittansicht einer elektrischen Maschine 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, die in Bezug auf die elektrische Anschlusstechnik sehr ähnlich aufgebaut ist wie die elektrische Maschine 1 von 1. Die hydraulische Anschlusstechnik der einzelnen Wicklungsstücke 5 unterscheidet sich jedoch erheblich von beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen der 1 und 8.
Bei der elektrischen Maschine 1 gemäß der dritten Ausführungsform haben die Endabschnitte 8 der einzelnen Wicklungsstücke 5 nämlich jeweils seitliche Anzapfungen, wie sie in 12 gezeigt sind, über die Kühlmittel in die Wicklungsstücke eingespeist bzw. aus denen das Kühlmittel austreten kann. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 durch Laserschweißen elektrisch kontaktiert werden können. Laserschweißen ist ein besonders einfaches, schnelles uns kostengünstiges Verfahren, hat jedoch den Nachteil, dass die Wicklungsstücke 5 beim Schweißen beschädigt werden können, so dass sich der in den Wicklungsstücken 5 verlaufende Kanal 9 verschließt und somit eine Leitung von Kühlmittel nicht mehr möglich ist. Sofern sich die seitlichen Anzapfungen 34 ausreichend weit weg vom jeweiligen Schweißpunkt befinden, können die Wicklungsstücke 5 ohne Probleme per Laserschweißen befestigt werden. Die Entfernung zwischen den Schweißpunkten und den seitlichen Anzapfungen 34 kann beispielsweise einen oder mehrere Zentimeter betragen.
12 zeigt eine vergrößerte Ansicht des hydraulischen Anschlusses der Endabschnitte 8 der elektrischen Wicklungsstücke 5. Die einzelnen Endabschnitte 8 sind parallel angeordnet und verlaufen jeweils durch ein hydraulisches Anschlussteil 15, der mehrere innenliegende Kanäle 31, 32 umfasst, mittels derer das Kühlmittel über die seitlichen Anzapfungen 34 in die einzelnen Wicklungsstücke 5 eingespeist oder aus den Wicklungsstücken 5 austretendes Kühlmittel gesammelt wird. Die einzelnen Endabschnitte 8 sind dabei so angeordnet, dass die seitlichen Anzapfungen 34 im Wesentlichen in derselben Ebene im Bereich eines Kanals 31, 32 liegen.
Wie in 12 zu erkennen ist, sind die stirnseitigen Enden 33 der einzelnen Wicklungsstücke 5 geschlossen. Um dies zu erreichen, können die stirnseitigen Enden 33 der Wicklungsstücke 35 beispielsweise einfach gequetscht werden.
Auf den beiden in Axialrichtung B zeigenden Außenflächen des hydraulischen Anschlussteils 15 ist jeweils eine Abdeckscheibe 42 angeordnet, auf die im Folgenden noch näher eingegangen werden wird. Auf der in 12 rechts dargestellten Seite des hydraulischen Anschlussteils 15 ist ferner eine Kontaktscheibe 39 angeordnet, die dazu dient, bestimmte Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 zu kontaktieren und entsprechend der elektrischen Verschaltung der Wicklung 4 in Serie zu schalten.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht des hydraulischen Anschlussteils 15 mit beidseitig angeordneten Abdeckscheiben 42 und der vorstehend beschriebenen Kontaktscheibe 39. Das hydraulische Anschlussteil 15, die beiden Abdeckscheiben 42 sowie die Kontaktscheibe 39 haben jeweils eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 36, durch welche die Endabschnitte 8 der einzelnen Wicklungsstücke 5 hindurch verlaufen. Wie zu erkennen ist, ragen die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 durch die gesamte Anordnung hindurch und stehen über die Kontaktscheibe 39 nach außen vor. An der äußeren, in Axialrichtung B zeigenden Oberfläche der Kontaktscheibe 39 sind eine Vielzahl elektrische Verbinder 40 vorgesehen, über die bestimmte Wicklungsstücke 5 in Serie geschaltet sind. Die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 werden dort vorzugsweise elektrisch verschweißt. Eine solche Kontaktscheibe 39 kann auch bei jeder anderen Ausführungsform der elektrischen Maschine 1 vorgesehen sein.
Die 14 a und 14 b zeigen verschiedene perspektivische Ansichten eines hydraulischen Anschlussteils 15 gemäß einer zweiten Variante. Das hydraulische Anschlussteil 15 umfasst eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 36, durch die im zusammengebauten Zustand jeweils ein Endabschnitt 8 eines Wicklungsstücks 5 hindurch verläuft. Die Durchgangsöffnungen 36 verlaufen im Wesentlichen in Axialrichtung B der elektrischen Maschine 1, wodurch die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 im Wesentlichen parallel angeordnet werden. Am Außenumfang des hydraulischen Anschlussteils 15 ist ferner ein zentraler Kühlmitteleingang 46 und ein zentraler Kühlmittelausgang 35 vorgesehen, über die das Kühlmittel zu- bzw. abgeführt wird. Im Innenraum des hydraulischen Anschlussteils 15 befinden sich, wie erwähnt, verschiedene Kanäle 31, 32, die mit den seitlichen Anzapfungen 34 der Wicklungsstücke 5 fluidtechnisch kommunizieren und über die das Kühlmittel in die Wicklungsstücke 5 eingespeist bzw. das aus den Wicklungsstücken 5 austretende Kühlmittel gesammelt wird. Die genannten Kanäle 31, 32 sind in den 15a und 15b genauer dargestellt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung könnten auch nur auf einer Seite des hydraulischen Anschlussteils 15 Durchgangsöffnungen 36 für die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 vorgesehen sein. Die Endabschnitte 8 der Wicklungsstücke 5 würden in diesem Fall im Innenraum des hydraulischen Anschlussteils 5 enden. Der hydraulische Anschluss der Wicklungsstücke 5 könnte wie vorstehend beschrieben realisiert sein.
An beiden in Axialrichtung B zeigenden Flächen des hydraulischen Anschlussteils 15 sind ferner Dichtmittelleitungen 37 bzw. -kanäle vorgesehen, über die ein Dichtmittel zu den einzelnen Durchgangsöffnungen 36 geleitet werden kann. Das Dichtmittel dient in diesem Fall dazu, das hydraulische Anschlussteil 15 nach außen hin abzudichten.
An der seitlichen Umfangsfläche des hydraulischen Anschlussteils 15 befinden sich mehrere Dichtmitteleingänge 38, über die das Dichtmittel in die Dichtmittelleitungen 37 bzw. -kanäle eingespritzt werden kann. Die Dichtmitteleingänge 36 kommunizieren mit den zuvor genannten Dichtmittelleitungen 37, so dass das Dichtmittel, wenn es über die Dichtmitteleingänge 36 in das hydraulische Anschlussteil 15 eingespritzt wird, über die Dichtmittelleitungen 37 zu den einzelnen Durchgangsöffnungen 36 für die Wicklungsstücke 5 fließt.
Die Dichtmittelleitungen 37 sind bei dieser Ausführungsform als in der Oberfläche des hydraulischen Anschlussteils 15 vorgesehene Vertiefungen bzw. Nuten ausgebildet. Damit das Dichtmittel nicht aus den Dichtmittelleitungen 37 nach außen austritt, ist auf beiden Seiten des hydraulischen Anschlussteils 15 jeweils eine Abdeckscheibe 42 vorgesehen. Eine oder beide der Abdeckscheiben 42 können dabei ggfs. auch als Kontaktscheibe 39 fungieren, um einzelne Wicklungsstücke 5 elektrisch in Serie zu schalten.
Wie in den 15a, 15b zu sehen ist, ist das hydraulische Anschlussteil 15 bei diesem Ausführungsbeispiel als ein mehrteiliges Element ausgeführt, das zwei Teilringe 15a, 15b umfasst, an deren gegenüberliegenden Seiten jeweils Fluidkanäle 31, 32 vorgesehen sind, über die das Kühlmittel zu- bzw. abgeführt wird. Der mittlere Kanal 32 ist dabei breiter ausgebildet als der radial außen bzw. radial innen liegende Kanäle 31 und überspannt entsprechend zwei nebeneinander liegende Reihen von Endabschnitten 8 der elektrischen Wicklungsstücke 5. Die beiden anderen Kanäle 31 kommunizieren dagegen nur mit jeweils einer Reihe von Endabschnitten 8. Das Kühlmittel wird bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise über den mittleren Kanal 32 zugeführt und über die beiden anderen Kanäle 31 abgeführt. Die Flussrichtung kann aber jederzeit auch geändert werden.
Die 16a und 16b zeigen jeweils das zusammengesetzte hydraulische Anschlussteil 15 mit beidseitig angeordneten Abdeckscheiben 42. Zu erkennen sind außerdem der zentrale Kühlmitteleingang 46 und -ausgang 35.
Die 17a und 17b zeigen schließlich noch die gesamte Anordnung von 16a und 16b mit der Kontaktscheibe 39 sowie mit einer Vielzahl von Endabschnitten 8 der Wicklungsstücke 5. Wie zu erkennen ist, sind die Wicklungsstücke 5 an ihrem Ende 33 jeweils geschlossen.

Claims

Elektrische Maschine (1) mit: einem Läufer (3); einem Stator (2); mehreren als Hohlleiter ausgebildeten Wicklungsstücken (5), die verschiedene Spulen einer Wicklung (4) der elektrischen Maschine (1) bilden und jeweils Teil eines Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine (1) sind, und mit mehreren externen Phasenanschlüssen (L1 - L3), die mit den Wicklungsstücken (5) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kontaktringe (18a - 18d) vorgesehen sind, die dazu ausgelegt sind, jeweils mehrere der Wicklungsstücke (5) elektrisch zu kontaktieren und diese mit einem der externen Phasenanschlüsse (L1-L3) elektrisch zu verbinden.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Verteilerelemente (11a - 11d) vorgesehen sind, die jeweils mit einem der elektrischen Phasenanschlüsse (L1 - L3) in Verbindung stehen, und dass jedes der Verteilerelemente (11a - 11d) über mehrere elektrische Verbindungselemente (12a - 12d) mit einem der Kontaktringe (18a - 18d) elektrisch verbunden ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungselemente (12a - 12d) als stabförmige Elemente ausgebildet sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktringe (18a - 18d) und/oder die Verteilerelemente (11a - 11d) in einer Axialrichtung B der elektrischen Maschine (1) nebeneinander angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verteilerelemente (11a - 11d) und/oder die zwischen den elektrischen Verteilerelementen (11a - 11d) und den Kontaktringen (18a - 18d) angeordneten elektrischen Verbindungselemente (12a - 12d) als Hohlleiter ausgebildet sind, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann, um die elektrische Maschine (1) zu kühlen.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktringe (18a - 18d) in einer Radialrichtung verlaufende Arme (23) aufweisen, die jeweils ein Wicklungsstück (5) elektrisch kontaktieren.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein hydraulisches Anschlussteil (15) vorgesehen ist, an dem mehrere der Wicklungsstücke (5) hydraulisch angeschlossen sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstücke (5) verschiedener elektrischer Phasen (U, V, W) an dem hydraulischen Anschlussteil (15) angeschlossen sind.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Anschlussteil (15) wenigstens einen umlaufenden Kanal (31, 32) aufweist, der mit mehreren der Wicklungsstücke (5) fluidtechnisch in Verbindung steht und über den ein Kühlmittel in die Wicklungsstücke (5) eingespeist oder ein aus den Wicklungsstücken (5) austretendes Kühlmittel gesammelt werden kann.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Wicklungsstücke (5) im Kühlkreislauf hydraulisch parallel geschaltet sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstücke (5) an ihren stirnseitigen Enden (33) offen sind, so dass ein Kühlmittel über die stirnseitigen Enden (33) in das Wicklungsstück (5) eingespeist bzw. abgeführt werden kann.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstücke (5) jeweils zwei Endabschnitte (8) aufweisen, die in unterschiedlichen Reihen von Endabschnitten (8) angeordnet sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstücke (5) jeweils zwei Endabschnitte aufweisen, die in Axialrichtung B der elektrischen Maschine (1) betrachtet etwa auf gleicher axialer Höhe enden.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein im hydraulischen Anschlussteil (15) vorgesehener Kanal (32) mit wenigstens zwei Reihen von Endabschnitten (8) der Wicklungsstücke (5) fluidtechnisch kommuniziert.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktringe (18a - 18d) aus massivem Metall oder aus einem Leiterplattenmaterial hergestellt sind.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Anschlussteil (15) aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Anschlussteil (15) mehrere Anschlussöffnungen aufweist, deren Querschnitt größer ist als der Querschnitt der Wicklungsstücke (5) im Bereich der Endabschnitte (8), und dass die Endabschnitte (8) derart in den Anschlussöffnungen des hydraulischen Anschlussteils (15) angeordnet sind, dass am Außenumfang der Endabschnitte (8) ein Freiraum verbleibt, der die Wicklungsstücke (5) gegenüber dem hydraulischen Anschlussteil (15) elektrisch isoliert.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktscheibe (39) mit mehreren Durchgangsöffnungen (36) für die Wicklungsstücke (5) vorgesehen ist, die elektrische Verbinder (40) aufweist, über die wenigstens zwei Wicklungsstücke (5) elektrisch in Serie geschaltet werden.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (27) vorgesehen ist, die mehrere Durchlässe (28) aufweist, in denen jeweils ein Endabschnitt (8) eines Wicklungsstücks (5) angeordnet ist, wobei das hydraulische Anschlussteil (15) und die Dichtung (27) gegenüberliegende Flächen (29, 30) aufweisen, die aufeinander gepresst sind, um den hydraulischen Anschluss der einzelnen Wicklungsstücke (5) abzudichten.
Elektrische Maschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (27) aus einer Kunststoff-Vergussmasse hergestellt ist, die um die Endabschnitte (8) der Wicklungsstücke (5) herum gegossen wurde.
Elektrische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsstücke (5) jeweils zwei Endabschnitte (8) aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie in Anschlussöffnungen des hydraulischen Anschlusselements (15) hineinragen.