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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
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Eine elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs weist typischerweise einen Rotor und einen Stator auf, wobei der Stator Statorspulen mit einer definierten räumlichen Anordnung aufweist. Die Statorspulen werden beim Betrieb der elektrischen Maschine definiert mit Strom versorgt, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen, welches den Rotor antreibt. Dabei werden im Stator Verlustleistungen in Wärme umgesetzt, die es abzuführen gilt.
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Im Stand der Technik ist dabei bekannt, dass der Stator thermisch an einen Kühlmantel angekoppelt ist, durch welchen ein Kühlfluid strömt, wobei die Wärme von dem Stator durch Wärmeleitung an den Kühlmantel und an das durchströmende Fluid übertragen wird und von dem durchströmenden Fluid abtransportiert wird. Solche Kühlmantel haben den Nachteil, dass die Kühleffizienz verbesserungswürdig ist, insbesondere bei kleinen Bauräumen.
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Auch ist es bekannt, dass das Gehäuse der elektrischen Maschine mit Kühlrippen versehen ist, so dass außen über das Gehäuse ein Luftstrom zur Kühlung strömen kann. Die Kühlrippen benötigen allerdings auch Bauraum, der nicht immer verfügbar ist. Auch ist die Kühleffizienz beschränkt.
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Weiterhin sind auch elektrische Maschinen bekannt geworden, bei welchen eine Direktkühlung des Stators mit seinen Statorspulen vorgesehen ist, indem der Stator in einer fluiddurchströmten Gehäusekammer angeordnet ist und die Statorspulen direkt von dem Kühlfluid umströmbar sind. Die Kühleffizienz steigt bei solchen Gestaltungen, weil das Kühlfluid die wärmeerzeugenden Statorspulen direkt umströmen kann, um die Wärme aufzunehmen und abzuführen. Dabei tritt allerdings das Problem auf, dass die elektrische Kontaktierung des Stators mit seinen Statorwicklungen, Sensoren etc. abgedichtet durch die Kammerwand der fluiddurchströmten Gehäusekammer vorgesehen sein muss. Diese Durchführung muss fluiddicht und dauerstabil vorgesehen sein.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine zu schaffen, die hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung des Stators verbessert ist.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrischen Maschine mit einem Stator und mit einem Rotor, wobei die elektrische Maschine ein Gehäuse mit einer ersten fluiddurchströmbaren Gehäusekammer aufweist und das Gehäuse über eine Trennwand verfügt, welche die erste Gehäusekammer umgibt zum abgedichteten Abtrennen der ersten Gehäusekammer, wobei der Stator in der ersten Gehäusekammer angeordnet ist, wobei die Trennwand zumindest eine Durchgangsöffnung oder eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche jeweils ein elektrisch leitendes Verbindungselement aufgenommen ist, mittels welchem der Stator elektrisch kontaktierbar ist, wobei das jeweilige Verbindungselement in jeweils einem elektrisch isolierenden Hülsenelement abgedichtet aufgenommen ist, welches in der Durchgangsöffnung abgedichtet aufgenommen ist. Damit wird eine dauerhaft sichere elektrische Kontaktierung des Stators durch die Trennwand der fluiddurchströmbaren Gehäusekammer erreicht.
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Vorteilhaft ist es bei einem Ausführungsbeispiel, wenn das elektrisch isolierende Hülsenelement formschlüssig in der Trennwand gehalten ist. Damit wird erreicht, dass aufgrund von thermischen Ausdehnungsvorgängen oder Vibrationen das Hülsenelement nicht in der Durchgangsöffnung wandert oder aus der Durchgangsöffnung herausfällt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das elektrisch leitende Verbindungselement formschlüssig in dem elektrisch isolierenden Hülsenelement gehalten ist. Damit wird erreicht, dass aufgrund von thermischen Ausdehnungsvorgängen oder Vibrationen das elektrisch leitende Verbindungselement nicht in dem Hülsenelement wandert oder aus dem Hülsenelement herausfällt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das elektrisch leitende Verbindungselement als massives Metallbauteil ausgebildet ist. Dadurch ist es nicht anfällig auf Druckkräfte bzw. Scherkräfte während der Benutzung der elektrischen Maschine. Auch wird dadurch ein größerer Querschnitt für den elektrischen Anschluss erreicht.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn mit dem elektrisch leitenden Verbindungselement ein flexibles elektrisch leitendes Element zur Kontaktierung des Stators verbunden und in der ersten Gehäusekammer angeordnet ist. Dadurch kann eine thermische Ausdehnung des Stators abgefangen werden, obgleich das elektrisch leitende Verbindungselement, das in der Trennwand fest fixiert ist ein massives Bauteil ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das elektrisch leitende Verbindungselement außerhalb der ersten Gehäusekammer einen Verbindungsflansch aufweist zum Anschluss eines externen Anschlusselements. Damit wird eine einfache und sichere dauerhafte Verbindung erreicht, beispielsweise mittels Nieten oder Schrauben, Klemmen etc.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das elektrisch leitende Verbindungselement innerhalb der ersten Gehäusekammer eine Aufnahme aufweist zum Verbinden des flexiblen elektrisch leitenden Elements. Damit kann ebenso eine einfache elektrische und mechanische Verbindung erzeugt werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn der Stator eine Formspulenwicklung aus Draht oder aus Formelementen aufweist. Damit kann eine vorteilhafte Gestaltung in Bezug auf das erzeugte magnetische Drehfeld und die Dauerhaltbarkeit erzielt werden.
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Vorteilhaft ist es ebenso, wenn der Stator bzw. der Draht oder die Formelemente der Formspulenwicklung mittels jeweils eines flexiblen elektrisch leitenden Elements mit einem elektrisch leitenden Verbindungselement elastisch verbunden ist. Dies dient dem Ausgleich von wirkenden Kräften, beispielsweise aufgrund der magnetischen Felder und/oder thermischer Ausdehnung.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das elektrisch isolierende Hülsenelement mittels einer Abdichtung in der Trennwand abgedichtet angeordnet ist und/oder das elektrisch leitende Verbindungselement mittels einer Abdichtung abgedichtet in dem elektrisch isolierenden Hülsenelement angeordnet ist. Dadurch wird eine sichere Abdichtung erzielt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine,
- 2 eine weitere Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, und
- 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
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Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 mit einem Gehäuse 2. Die elektrische Maschine 1 dient beispielsweise dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs, also zu seiner Fortbewegung. Grundsätzlich könnte die elektrische Maschine 1 jedoch auch anderweitig eingesetzt werden.
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Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 3 und einen Rotor 4 auf. Mit dem Rotor ist eine Abtriebswelle 5 verbunden.
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Der Stator 3 ist in einer fluiddurchströmbaren Gehäusekammer 6 angeordnet, welche zur Flüssigkeitskühlung der elektrischen Maschine 1 mit einem Kühlfluid beschickt werden kann. Insbesondere können dadurch die Statorwicklungen des Stators 3 der elektrischen Maschine 1 durch eine direkte Umströmung der Statorwicklungen flüssigkeitsgekühlt sein. Hierzu kann beispielsweise ein Öl zur Flüssigkeitskühlung und optional auch zur Schmierung drehender Teile eingesetzt werden. Alternative Flüssigkeiten sind jedoch auch verwendbar.
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Zur Abtrennung der ersten Gehäusekammer 6 ist eine Trennwand 7 vorgesehen, die Teil des Gehäuses 2 sein kann oder mit dem Gehäuse 2 verbunden ausgebildet sein kann.
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Die 3 zeigt, dass die Trennwand 7 im angrenzenden Bereich zu der Gehäusekammer 6 zumindest eine Durchgangsöffnung 8 oder eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 8 aufweist. Da die Durchgangsöffnungen 8 im Wesentlichen gleich ausgebildet sind, wird im Nachgang nur eine dieser Durchgangsöffnungen 8 beschrieben, wobei das Beschriebene grundsätzlich auch für die anderen Durchgangsöffnungen 8 gelten kann bzw. soll. Die Durchgangsöffnung 8 dient der elektrischen Kontaktierung des Stators 3 der elektrischen Maschine 1. Dabei kann bzw. können sowohl die Statorwicklung als auch andere Bauteile, wie beispielsweise Sensoren etc. kontaktiert werden.
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Die 3 zeigt, dass die Trennwand 7 zumindest eine Durchgangsöffnung 8 oder eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 8 aufweist, durch welche jeweils ein elektrisch leitendes Verbindungselement 9 aufgenommen ist, mittels welchem der Stator 3 elektrisch kontaktierbar ist, wobei das jeweilige elektrisch leitende Verbindungselement 9 in jeweils einem elektrisch isolierenden Hülsenelement 10 abgedichtet aufgenommen ist, welches in der Durchgangsöffnung 8 abgedichtet aufgenommen ist.
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Es ist in 3 zu erkennen, dass das elektrisch isolierende Hülsenelement 10 formschlüssig in der Trennwand 7 gehalten ist. Hierzu ist sowohl in der Trennwand 7 als auch in dem Hülsenelement 10 eine Nut 11, 12 eingebracht, in welche ein Ringelement 13, wie beispielsweise ein Seeger-Ring, eingeführt ist. Dadurch wird das Hülsenelement 10 relativ zur Trennwand 7 sicher und dauerhaft positioniert.
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Weiterhin ist in 3 zu erkennen, dass das elektrisch leitende Verbindungselement 9 formschlüssig in dem elektrisch isolierenden Hülsenelement 10 gehalten ist. Hierzu ist sowohl in dem Verbindungselement 9 als auch in dem Hülsenelement 10 eine Nut 14, 15 eingebracht, in welche ein Ringelement 16, wie beispielsweise ein Seeger-Ring, eingeführt ist. Dadurch wird das Hülsenelement 10 relativ zu dem Verbindungselement 9 sicher und dauerhaft positioniert.
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Weiterhin ist in 3 auch zu erkennen, dass das elektrisch isolierende Hülsenelement 10 mittels einer Abdichtung 17 in der Trennwand 7 abgedichtet angeordnet ist und das elektrisch leitende Verbindungselement 9 mittels einer Abdichtung 18 abgedichtet in dem elektrisch isolierenden Hülsenelement 10 angeordnet ist. Dazu ist sowohl in dem Verbindungselement 9 als auch in dem Hülsenelement 10 jeweils eine Nut 19 vorgesehen, in welcher jeweils ein Dichtring 20 aufgenommen ist. Der Dichtring 20 dichtet dabei einerseits zwischen der Trennwand 7 und dem Hülsenelement 10 bzw. zwischen dem Hülsenelement 10 und dem Verbindungselement 9 ab.
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Das elektrisch leitende Verbindungselement 9 ist als massives Metallbauteil ausgebildet. Es weist außerhalb der ersten Gehäusekammer 6 einen Verbindungsflansch 21 auf, welcher dem Anschluss eines externen Anschlusselements 22 dient. Dies kann beispielsweise ein Kabelschuh o.Ä. sein. Weiterhin weist das elektrisch leitende Verbindungselement 9 innerhalb der ersten Gehäusekammer 6 eine Aufnahme 23 auf, welche dem Verbinden eines flexiblen elektrisch leitenden Elements 24 dient.
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Es ist also mit dem elektrisch leitenden Verbindungselement 9 ein flexibles elektrisch leitendes Element 24 verbunden, das der Kontaktierung des Stators 3 dient und in der ersten Gehäusekammer 6 angeordnet ist. Das flexible elektrisch leitende Element 24 kann beispielsweise als Drahtstück mit einer Vielzahl von Einzellitzen ausgebildet sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn der Stator 3 eine Formspulenwicklung aus Draht oder aus Formelementen aufweist. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Stator bzw. der Draht oder die Formelemente der Formspulenwicklung mittels jeweils eines flexiblen elektrisch leitenden Elements 24 mit einem elektrisch leitenden Verbindungselements 9 elastisch verbunden ist.
