WO2021032242A1 - Elektromotor für einen elektrischen antrieb eines kraftfahrzeuges, fluggerät, schiff und ähnliche transportmittel - Google Patents

Elektromotor für einen elektrischen antrieb eines kraftfahrzeuges, fluggerät, schiff und ähnliche transportmittel Download PDF

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WO2021032242A1
WO2021032242A1 PCT/DE2020/100667 DE2020100667W WO2021032242A1 WO 2021032242 A1 WO2021032242 A1 WO 2021032242A1 DE 2020100667 W DE2020100667 W DE 2020100667W WO 2021032242 A1 WO2021032242 A1 WO 2021032242A1
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electric motor
conductor
conductors
axial side
disk
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PCT/DE2020/100667
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Matthias Gramann
Dennis KUHL
Christian Nolte
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
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    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors

Definitions

  • the invention relates to an electric motor for an electric drive of a motor vehicle, such as a car, truck, or bus, an aircraft, a ship or other means of transport, with a stator having a coil system, with several conductors of the coil system in a base body of the stator - Brought geometries, preferably axial grooves, extend and protrude with their end areas to a first axial side and / or a second axial side of the base body facing away from the first axial side.
  • a stator having a coil system
  • DE 10 2016 117 911 A1 discloses an electrical machine with a stator which has at least two grooves in each of which an electrically conductive stator is located.
  • a disadvantage of the electric motors known from the prior art is, however, that the stators used are usually equipped on one axial side with a winding head that takes up a relatively large amount of space.
  • first end region of a conductor protruding from the base body on the first axial side is electrically connected to a first electronics disk and the second end region of the same or another conductor protruding from the base body on the second axial side is electrically connected to a second electronics disk is electrically connected.
  • / is the first end area and / or the second end area of a conductor by a force-fit connection, preferably by applying a pressing force in the direction of a contact point on the electronics disk, more preferably by a clamp connection, even more preferably by a press-in contact, particularly preferably by an adhesive connection, connected to a contact point of the respective electronics disc, enables a robust and easy-to-manufacture attachment of the conductors to the electronics disc.
  • first end area and / or the second end area of a conductor are connected to a contact point of the respective electronics disk via a material connection, preferably a solder connection, more preferably a welded connection are / is.
  • At least one conductor is supported / pressed towards the first electronics disk or the second electronics disk by a spring element that enables a length tolerance compensation. As a result, more precise contacting of the at least one conductor on the corresponding electronics disk is implemented.
  • At least one conductor has a circuit breaker, this can be switched off and on in a simple manner during operation, which further increases the efficiency of the electric motor.
  • At least one conductor is provided with an insulating jacket.
  • the insulating jacket is typical at the two end regions cut out in order to attach them directly to the corresponding contact point.
  • several conductors are bundled / inserted in the groove, whereby their mutual isolation is effectively ensured.
  • a cooling device is also attached to the electronics disks to save space.
  • the sub-units each form an independently controllable motor unit, for example the first sub-unit is an asynchronous machine and the second sub-unit is a synchronous machine and / or the first sub-unit has a permanently excited rotor and the second sub-unit an externally excited one Has rotor, the engine operating principles can be combined relatively freely.
  • Each electronic disk can be designed directly as a printed circuit board or comprises such a printed circuit board (the end regions of the conductors preferably being directly connected to contact points on the printed circuit board).
  • the invention also relates to an electric drive system for a motor vehicle, with an electric motor according to the invention having two sub-units according to at least one of the previously described statements. This means that a so-called switchable e-drive system is efficiently implemented.
  • a switchable e-drive is implemented in which both axial end windings are replaced by electronic plates / disks.
  • the lines / coil conductors are connected to the respective electronics disk by different types of connection, such as press-in contacting, by applying a pressing force or by soldering.
  • a complex connection of the E-Drive can be achieved, preferably with a star or delta connection as well as partial disconnection in order to increase efficiency and reduce system losses.
  • the motor can be axially divided into several parts, e.g.
  • first part as a PSM / permanently excited synchronous motor
  • second part as a an externally excited motor or a combination of an asynchronous and a synchronous topology.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an electric motor according to the invention according to a preferred embodiment
  • Fig. 2 is a detailed view of a connection area between an electronics disk and several conductors of the electric motor attached to it,
  • Fig. 3 is a detailed view of a connection area between an electronics disc and a switchable conductor, as it is in the electric motor according to FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a stator according to a second embodiment, for example, with two different groups of conductors each interacting with one of two sub-units of the electric motor,
  • Fig. 5 is a detailed view of a connection area between an electronics disk and a conductor which can be used in the electric motor according to FIG. 1 and which, while implementing a length tolerance compensation, interacts with a spring element, and also
  • FIG. 6 shows a detailed view of the electric motor according to the invention according to a second exemplary embodiment, in which an additional electronic disk is also provided between the two rotors of the sub-units.
  • the electric motor 1 according to the invention is shown schematically according to a first embodiment.
  • the electric motor 1 is used in operation as a drive machine in an electric drive system of a motor vehicle.
  • the electric motor 1 is implemented as a two-stage switchable unit.
  • the electric motor 1 accordingly has two sub-units 17, 18, each of which has its own rotor 19, 20, each rotor 19, 20 having its own group of conductors 4; 4a, 4b interacts in a stator 3.
  • the ladder 4; 4a, 4b typically form coils of a controllable coil system 2 in each case or partially in combination with one another during operation.
  • a first rotor 19 can be driven via several first conductors 4a, the first conductors 4a forming a first coil unit 21 of the electric motor 1.
  • a second rotor 20 can be driven via a plurality of second conductors 4b, the second conductors 4b forming a second coil unit 22 of the electric motor 1.
  • the respective conductors 4; 4a, 4b current conductors on both axial sides 9a, 9b (with respect to a central axis of rotation 25 of the rotor 19, 20) of the stator 3 linked to electronic disks 10, 11.
  • Each electronic disk 10, 11 is designed directly as a circuit board or includes this circuit board. The corresponding attachment of the head 4; 4a, 4b on one of the two electronic disks 10, 11 can be seen in greater detail in FIG.
  • Fig. 2 in particular four conductors 4; 4a, 4b, which are inserted together (with the formation of a bundle) in a geometry in the form of a groove 6 in a base body 5 of the stator 3.
  • the number of conductors 4 of the bundle is variable, according to which more or less than four, about five or only one conductor 4, in the respective groove 6 can run in further Ausure ments.
  • the grooves 6 run parallel to one another and straight in the axial direction.
  • the grooves 6 are made in the base body 5 from a radial inside.
  • each conductor 4 has an insulating sheath 15 which is recessed at the end regions 7, 8 connected to the contact points 12.
  • the two sub-units 17, 18 of the first exemplary embodiment are each supplied via a separate group of first conductors 4a or second conductors 4b.
  • the two groups of first conductors 4a and second conductors 4b are arranged alternately with one another in the circumferential direction.
  • a bundle of second conductors 4b is arranged in the circumferential direction between every two bundles on first conductors 4a.
  • a first rotor 19 is driven by controlling the group of first conductors 4a and a second rotor 20 is driven by controlling the group of second conductors 4b.
  • both the first conductor 4a and the second conductor 4b extend over the entire length of the stator 3, ie over the length of both rotors 19, 20 away and are only in the respective longitudinal area of the respective rotor 19, 20 as a coil area educated.
  • each first conductor 4a contacts with its first end region 7 a contact point 12 on the first electronics disk 10 and with its second end region 8 contacts a contact point 12 on a third electronics disk 23.
  • the first electronics disk 10 is consequently connected to the group of first conductors 4a third electronics disk 23 coupled.
  • Every second conductor 4b makes contact with its first end region 7 to a contact point 12 on a fourth electronics disk 24 and with its second end region 8 a contact point 12 on the second electronics disk 11.
  • the second electronics disk 11 is consequently coupled to the fourth electronics disk 24 via the group of second conductors 4b.
  • the respective lines 4a, 4b consequently only extend over the length of the rotor 19 or 20 assigned to them.
  • each conductor 4 i.e. both the first conductor 4a used to control the first rotor 19 and the second conductor 4b used to control the second rotor 20, with their first end region 7 contact a contact point 12 of the first electronics disk 10 to a first axial side 9a of the base body 5 / stator 3 and with its second end region 8 a contact point 12 of the second electronics disk 11 to a second axial side 9b of the base body 5 / stator 3 to contact.
  • Fig. 3 it can be seen that individual conductors 4; 4a, 4b, for example individual first conductors 4a, in a further embodiment according to the invention, are also designed to be switched off. This makes it easy to provide only one group of conductors 4, all of which either serve to control the first rotor 19 or through their partial Shutdown serve to control the second rotor 20.
  • a circuit breaker 14 is integrated in the first conductor 4a shown as an example, which makes it possible to switch off the first conductor 4a during operation or to switch it on again.
  • the circuit breaker 14 is, for example, sintered on one side and has a pressure contact on the side of the conductor 4, possibly with sintered metal circuit board.
  • the respective conductor 4; 4a, 4b is pretensioned in its longitudinal direction via a spring element 13 and is pressed towards the contact point 12 of the first electronic disk 10.
  • a spring force generated by the spring element 13 is shown schematically by the force arrow (“force”) in FIG. 5.
  • the conductor 4 is still partially embedded in the electronics level / electronics disk 10. This is the conductor 4; 4a, 4b equipped with a length tolerance compensation. It is 4 for each leader; 4a, 4b, a separate spring element 13 or a Lamellenfe the available. Electrical insulation is preferably provided by a corresponding intermediate layer between the spring element 13 and the conductor 4; 4a, 4b.
  • the ladder 4; 4a, 4b are preferably connected and controllable in such a way that a star or delta connection is implemented.
  • FIGS. 2, 3, 5 and 6 also clearly show that the conductors 4; 4a, 4b with their end regions 7, 8 at the respective contact point 12, in principle, can be attached in different ways to the electronic disk 10, 11.
  • the end region 7, 8 against the contact point 12 further before ferred non-positive attachment types are implemented as a clamp connection, as a press-in contact or as an adhesive connection.
  • the end regions 7, 8 can be fastened to the contact point 12 by means of a material connection, such as soldering or welding.
  • a cooling line 16 which is also guided axially through the base body 5, is also attached and connected to the first electronics disk 10 (FIG. 2) and to the second electronics disk 11. During operation, the cooling line 16 is in turn further connected to a coolant supply device, ie a delivery pump, in a typical manner.
  • the cooling line 16 is preferably sealed off a side facing away from the base body 5 axially, for example against a cover of the stator plate firmly connected to the stator 3.
  • the cooling line 16 preferably merges into a channel extending into the plane of the drawing in FIG.
  • the cooling line 16, which is preferably designed as a tube, also has electrical insulation (preferably an electrically insulating wall) in the area which is axially guided / extending within the base body 5.
  • a plurality of cooling lines 16 are preferably provided distributed in the circumferential direction.
  • a highly switchable and partially switchable e-drive is implemented.
  • the basis of this idea is to ten on both Be 9a, 9b of the motor 1, the previous winding head and z. B. to replace the interconnection level with an "electronics level".
  • the axial installation space of this solution is much smaller than the initial installation space. If this solution is implemented in combination with a cooling system (cooling device with cooling lines 16) of the electric motor 1, other connection technologies can also be used by the “coil” / the conductor 4;
  • 4a, 4b can be used for electronics / electronics disk 10, 11, 23, 24. Furthermore, it is advantageous if switchovers can also be implemented in the electronics level. A simple well-known example that would make sense in various applications is the star / delta connection. Then, of course, more complex switchovers and / or shutdowns can also be implemented.
  • the conductors 4 are divided / distributed in the tangential direction / circumferential direction, ie like a cake, in which each piece can have different optimizations.
  • Implementation in the axial direction is also proposed.
  • the motor 1 is divided axially into two areas (subunits 17, 18) at a defined point. These areas can now be optimized for certain tasks and different engine types can be displayed.
  • the first part can be a PSM motor and the second part a separately excited motor.
  • synchronous and asynchronous topologies can be combined.
  • the rotors 19, 20 run at the same speed and the stator rotating fields separately voneinan according to the motor topology.
  • the two parts 17, 18 of the motor 1 can also have different diameters (applies to all: inner, air gap, outer diameter).
  • Axial and radial flow machines can also be combined, as can electric machines 1 with 3D flow guidance.
  • connection of the current conductors 4 to the grooves 6 is preferably carried out by soldering.
  • the conductors 4, 4a, 4b are appropriately stripped into the respective conductor elements (con tact points 12) of the electronic disk 10, 11 inserted, in such a way that later by the corresponding soldering process all conductors 4; 4a, 4b of the two motor halves 17, 18 are each connected on the surface of the electronics disk 10, 11.
  • the assembly is then carried out by sliding on the respective stator assemblies and then attaching the respective electronic disks to the end of the motor.
  • the soldering process can also be carried out by press-fit contacting, welding, clamping and the like.
  • the cooling pipe 16 can be assembled as before.
  • the electronics areas 10, 11, 23, 24 can be connected to one another by suitable measures (plugs, press-in contacts, cables, etc.). The whole can also be represented in a disk. The Verroh tion of the fluid channels will also be integrated in these areas.
  • the clever combination of the options now ensures that the E-Drive system can be precisely adapted for each operating point. If, for example, a low torque (e.g. 10% of a maximum torque) is requested at an operating point with a low speed (e.g. 20% of a maximum speed n_max) (80% is cycle-relevant), then only part of the E-Drive and the other parts, including their loss mechanisms, remain inactive. This means that a highly efficient e-drive system can be created which, with the high speed spread, does not require any mechanical transmission adjustments.
  • a low torque e.g. 10% of a maximum torque
  • n_max 80% is cycle-relevant

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  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor (1) für einen elektrischen Antrieb, mit einem ein Spulensystem (2) aufweisenden Stator (3), wobei mehrere Leiter (4) des Spulensystems (2) in innerhalb eines Grundkörpers (5) des Stators (3) eingebrachten Geometrien (6) verlaufen sowie mit ihren Endbereichen (7, 8) zu einer ersten axialen Seite (9a) und/oder einer, der ersten axialen Seite (9a) abgewandten, zweiten axialen Seite (9b) des Grundkörpers (5) hinausragen, wobei der zu der ersten axialen Seite (9a) aus dem Grundkörper (5) hinausragende erste Endbereich (7) eines Leiters (4) mit einer ersten Elektronikscheibe (10) elektrisch verbunden ist und der zu der zweiten axialen Seite (9b) aus dem Grundkörper (5) hinausragende zweite Endbereich (8) desselben oder eines anderen Leiters (4) mit einer zweiten Elektronikscheibe (11) elektrisch verbunden ist. Zudem betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit diesem Elektromotor (1).

Description

Elektromotor für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeuges, Fluqqerät,
Schiff und ähnliche Transportmittel;
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahr zeuges, wie eines Pkws, Lkws, oder Busses, eines Fluggeräts, eines Schiffes oder sonstigen Transportmittels, mit einem ein Spulensystem aufweisenden Stator, wobei mehrere Leiter des Spulensystems in innerhalb eines Grundkörpers des Stators ein- gebrachten Geometrien, vorzugsweise axialen Nuten, verlaufen sowie mit ihren End bereichen zu einer ersten axialen Seite und/oder einer, der ersten axialen Seite abge wandten, zweiten axialen Seite des Grundkörpers hinausragen. Sinngemäß kann dies auch z.B. auf Axialflussmaschinen angewendet werden.
Gattungsgemäße Elektromotoren sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Bspw. offenbart die DE 10 2016 117 911 A1 eine elektrische Maschine mit einem Sta tor, der mindestens zwei Nuten aufweist, in welchen sich je ein elektrisch leitfähiger Stator befindet.
Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Elektromotoren besteht je doch darin, dass die eingesetzten Statoren meist zu einer axialen Seite hin mit einem relativ viel Bauraum einnehmenden Wickelkopf ausgestattet sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik be kannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Elektromotor zur Verfügung zu stellen, der einen reduzierten axialen Bauraum aufweist, zugleich jedoch beson ders variabel als schaltbare Einheit ausbildbar ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zu der ersten axialen Seite aus dem Grundkörper hinausragende erste Endbereich eines Leiters mit einer ersten Elektronikscheibe elektrisch verbunden ist und der zu der zweiten axialen Seite aus dem Grundkörper hinausragende zweite Endbereich desselben oder eines anderen Leiters mit einer zweiten Elektronikscheibe elektrisch verbunden ist. Durch das Vorsehen der Elektronikscheiben zu den axialen Stirnseiten des Stators hin ist der Elektromotor deutlich kompakter realisiert. Die Elektronikscheiben dienen auf typische Weise zur weiteren Verschaltung der Leiter mit der Steuerelektronik.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Sind / Ist der erste Endbereich und / oder der zweite Endbereich eines Leiters durch eine kraftschlüssige Verbindung, vorzugsweise durch ein Aufbringen einer Anpress kraft in Richtung einer Kontaktstelle an der Elektronikscheibe, weiter bevorzugt durch eine Klemmverbindung, nochmals weiter bevorzugt durch eine Einpresskontaktierung, besonders bevorzugt durch eine Klebeverbindung, mit einer Kontaktstelle der jeweili gen Elektronikscheibe verbunden, wird eine robuste sowie einfach herstellbare An bringung der Leiter an der Elektronikscheibe ermöglicht.
In diesem Zusammenhang ist es alternativ oder zusätzlich zu der kraftschlüssigen Verbindung zweckmäßig, wenn der erste Endbereich und / oder der zweite Endbe reich eines Leiters über eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise eine Lötver bindung, weiter bevorzugt eine Schweißverbindung, mit einer Kontaktstelle der jeweili gen Elektronikscheibe verbunden sind / ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Leiter durch ein einen Längentole ranzausgleich ermöglichendes Federelement hin zu der ersten Elektronikscheibe oder zu der zweiten Elektronikscheibe abgestützt / gedrückt ist. Dadurch wird eine präzi sere Kontaktierung des zumindest einen Leiters an der entsprechenden Elektronik scheibe umgesetzt.
Weist zumindest ein Leiter einen Leistungsschalter auf, ist dieser im Betrieb auf einfa che Weise ab- und anschaltbar, wodurch die Effizienz des Elektromotors weiter ge steigert wird.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Leiter mit einer Isolierummantelung verse hen ist. Die Isolierummantelung ist an den beiden Endbereichen auf typische Weise ausgespart, um diese unmittelbar an die entsprechende Kontaktstelle anzubringen. Bevorzugt sind je als Geometrie umgesetzter Nut mehrere Leiter gebündelt in der Nut eingesetzt / verlaufend, wodurch deren gegenseitige Isolierung effektiv gewährleistet ist.
Ist an der jeweiligen Elektronikscheibe auch eine durch den Grundkörper geführte Kühlleitung aufgenommen, wird eine Kühleinrichtung ebenfalls platzsparend an den Elektronikscheiben mit angebracht.
Zudem ist es von Vorteil, wenn zwei Teileinheiten (des Elektromotors) mit jeweils ei nem eigenen Rotor vorhanden sind. Dadurch ergibt sich eine schaltbare Elektromo toreinheit.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, wenn zwei den jeweiligen Rotor ansteuernde Spuleneinheiten innerhalb des Stators vorhanden sind, wobei sich mehrere / eine Gruppe, einer ersten Teileinheit zugeordnete erste Leiter in Umfangs- richtung mit mehreren / einer Gruppe, einer zweiten Teileinheit zugeordneten zweiten Leitern abwechseln. Dadurch wird der vorhandene Bauraum des Stators noch intensi ver genutzt.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Teileinheiten jeweils eine eigenständig ansteuerbare Motoreinheit ausbilden, wobei beispielweise die erste Teileinheit eine Asynchronma schine und die zweite Teileinheit eine Synchronmaschine ist und/oder die erste Tei leinheit einen permanent erregten Rotor aufweist und die zweite Teileinheit einen fremd erregten Rotor aufweist, wobei die Motorwirkprinzipien relativ frei kombinierbar sind.
Jede Elektronikscheibe kann als eine Leiterplatte unmittelbar ausgebildet sein oder umfasst eine solche Leiterplatte (wobei die Endbereiche der Leiter vorzugsweise mit Kontaktstellen auf der Leiterplatte unmittelbar verbunden sind).
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahr zeug, mit einem zwei Teileinheiten aufweisenden erfindungsgemäßen Elektromotor nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen. Dadurch ist ein so ge nanntes schaltbares E-Drive-System effizient umgesetzt.
In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein schaltbares E-Drive realisiert, bei dem beide axialen Wickelköpfe durch Elektronikplatten / -scheiben er setzt sind. Die Leitungen / Spulenleiter sind durch unterschiedliche Verbindungsarten, wie eine Einpresskontaktierung, durch Aufbringen einer Anpresskraft oder durch Löten mit der jeweiligen Elektronikscheibe verbunden. Mit den beiden Elektronikscheiben kann ein komplexes Verschalten des E-Drives erreicht werden, vorzugsweise durch eine Stern- oder Dreiecksschaltung sowie durch ein teilweises Abschalten, um die Ef fizienz zu erhöhen und die Systemverluste zu reduzieren. Des Weiteren kann der Mo tor axial in mehrere, etwa zwei Teile, aufgeteilt werden und für spezifische Anwendun gen optimiert werden, sodass auch unterschiedliche Motortypen kombiniert werden können, wobei vorzugsweise ein erster Teil als ein PSM / permanent erregter Syn chronmotor und ein zweiter Teil als ein fremd erregter Motor oder durch eine Kombi nation von einer Asynchron- mit einer Synchrontopologie ausgebildet sind.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Elektro motors nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Detailansicht eines Verbindungsbereiches zwischen einer Elektronik scheibe und mehreren an dieser angebrachten Leitern des Elektromotors,
Fig. 3 eine Detailansicht eines Verbindungsbereiches zwischen einer Elektronik scheibe und einem schaltbaren Leiters, wie er in dem Elektromotor nach Fig.
1 einsetzbar ist, Fig. 4 eine Querschnittdarstellung eines Stators nach einem zweiten Ausführungs beispiel, wobei zwei unterschiedliche Gruppen an Leitern jeweils mit einer von zwei Teileinheiten des Elektromotors Zusammenwirken,
Fig. 5 eine Detailansicht eines Verbindungsbereiches zwischen einer Elektronik scheibe und einem in dem Elektromotor nach Fig. 1 einsetzbaren Leiter, der, unter Umsetzen eines Längentoleranzausgleiches, mit einem Federelement zusammenwirkt, sowie
Fig. 6 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Elektromotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, in dem zwischen den beiden Rotoren der Teileinheiten ebenfalls jeweils eine zusätzliche Elektronikscheibe vorhanden ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen ver sehen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Elektromotor 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Der Elektromotor 1 ist im Betrieb als Antriebsmaschine in einem elektrischen Antriebssys tem eines Kraftfahrzeuges eingesetzt.
Der Elektromotor 1 ist in einer bevorzugten Ausführung als eine zweistufige schaltbare Einheit realisiert. Der Elektromotor 1 weist demnach zwei Teileinheiten 17, 18 auf, die jeweils einen eigenen Rotor 19, 20 aufweisen, wobei jeder Rotor 19, 20 mit einer eige nen Gruppe an Leitern 4; 4a, 4b in einem Stator 3 zusammenwirkt. Die Leiter 4; 4a, 4b bilden auf typische Weise im Betrieb jeweils oder teilweise in Kombination miteinander Spulen eines ansteuerbaren Spulensystems 2 aus. Ein erster Rotor 19 ist über meh rere erste Leiter 4a antreibbar, wobei die ersten Leiter 4a eine erste Spuleneinheit 21 des Elektromotors 1 bilden. Ein zweiter Rotor 20 ist über mehrere zweite Leiter 4b an treibbar, wobei die zweiten Leiter 4b eine zweite Spuleneinheit 22 des Elektromotors 1 bilden. Erfindungsgemäß sind die jeweiligen Leiter 4; 4a, 4b (Stromleiter) zu beiden axialen Seiten 9a, 9b (in Bezug auf eine zentrale Drehachse 25 des Rotors 19, 20) des Sta tors 3 hin mit Elektronikscheiben 10, 11 verknüpft. Jede Elektronikscheibe 10, 11 ist als eine Leiterplatte unmittelbar ausgebildet oder umfasst diese Leiterplatte. Die ent sprechende Anbringung der Leiter 4; 4a, 4b an einer der beiden Elektronikscheiben 10, 11 ist in Fig. 2 detaillierter zu erkennen. Hierbei ist deutlich veranschaulicht, dass prinzipiell die Leiter 4; 4a, 4b jeweils mit ihren Endbereichen 7, 8, hierfür mehrere erste Leiter 4a mit den ersten Endbereichen 7 dargestellt, in einer radialen Richtung der Drehachse 25 zueinander versetzt an Kontaktstellen 12 der ersten Elektronik scheibe 10 oder der zweiten Elektronikscheibe 11 angebunden sind.
In Fig. 2 sind insbesondere vier Leiter 4; 4a, 4b dargestellt, die gemeinsam (unter Ausbildung eines Bündels) in eine Geometrie in Form einer Nut 6 eines Grundkörpers 5 des Stators 3 eingelegt sind. Auf diese Weise sind mehrere Bündel an Leitern 4 in einer Umfangsrichtung einer um die Drehachse 25 herum verlaufenden gedachten Kreislinie verteilt angeordnet, wobei jedes Bündel in einer eigenen Nut 6 aufgenom men ist. Die Anzahl an Leitern 4 des Bündels ist variabel, wonach in weiteren Ausfüh rungen auch mehr oder weniger als vier, etwa fünf oder nur ein Leiter 4, in der jeweili gen Nut 6 verlaufen können. Die Nuten 6 verlaufen parallel zueinander und in axialer Richtung gerade. Die Nuten 6 sind von einer radialen Innenseite in den Grundkörper 5 eingebracht. Jeder Leiter 4 weist in dieser Ausführung eine Isolierungsummantelung 15 auf, die an den mit den Kontaktstellen 12 in Verbindung stehenden Endbereichen 7, 8 ausgespart ist.
Ähnlich wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 gezeigt, sind die beiden Teileinheiten 17, 18 des ersten Ausführungsbeispiels jeweils über eine eigene Gruppe an ersten Leitern 4a oder zweiten Leitern 4b versorgt. Die beiden Gruppen an ersten Leitern 4a und zweiten Leitern 4b sind in Umfangsrichtung abwechselnd zueinander angeordnet. In Umfangsrichtung zwischen je zwei Bündeln an ersten Leitern 4a ist ein Bündel an zweiten Leitern 4b angeordnet. Ein erster Rotor 19 ist durch Ansteuerung der Gruppe an ersten Leitern 4a angetrieben und ein zweiter Rotor 20 ist durch An steuerung der Gruppe an zweiten Leitern 4b angetrieben. In dem schematischen ers- ten Ausführungsbeispiel erstrecken sich sowohl die ersten Leiter 4a als auch die zwei ten Leiter 4b über die gesamte Länge des Stators 3, d.h. über die Länge beider Roto ren 19, 20 hinweg und sind lediglich in dem jeweiligen Längsbereich des jeweiligen Rotors 19, 20 als Spulenbereich ausgebildet.
Hier hingegen, wie unter Berücksichtigung der Fig. 6 deutlich wird, sind in dem zwei ten Ausführungsbeispiel - im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel - axial zwischen den beiden Rotoren 19, 20 des Elektromotors 1 zwei zusätzliche Elektronik scheiben 23, 24 (Zwischenscheiben) angeordnet. Jeder erste Leiter 4a kontaktiert mit seinem ersten Endbereich 7 eine Kontaktstelle 12 an der ersten Elektronikscheibe 10 und mit seinem zweiten Endbereich 8 eine Kontaktstelle 12 an einer dritten Elektronik scheibe 23. Die erste Elektronikscheibe 10 ist folglich über die Gruppe an ersten Lei tern 4a mit der dritten Elektronikscheibe 23 gekoppelt. Jeder zweite Leiter 4b kontak tiert mit seinem ersten Endbereich 7 eine Kontaktstelle 12 an einer vierten Elektronik scheibe 24 und mit seinem zweiten Endbereich 8 eine Kontaktstelle 12 an der zweiten Elektronikscheibe 11 . Die zweite Elektronikscheibe 11 ist folglich über die Gruppe an zweiten Leitern 4b mit der vierten Elektronikscheibe 24 gekoppelt. Die jeweiligen Lei ter 4a, 4b erstrecken sich folglich lediglich über die Länge des ihnen zugeordneten Rotors 19 oder 20.
Aus den Fign. 1 und 2 geht folglich hervor, dass in dem ersten Ausführungsbeispiel jeder Leiter 4, das heißt sowohl die zur Ansteuerung des ersten Rotors 19 eingesetz ten ersten Leiter 4a als auch die zur Ansteuerung des zweiten Rotors 20 eingesetzten zweiten Leiter 4b, mit ihrem ersten Endbereich 7 eine Kontaktstelle 12 der ersten Elektronikscheibe 10 zu einer ersten axialen Seite 9a des Grundkörpers 5 / des Sta tors 3 hin kontaktieren und mit ihrem zweiten Endbereich 8 eine Kontaktstelle 12 der zweiten Elektronikscheibe 11 zu einer zweiten axialen Seite 9b des Grundkörpers 5 / des Stators 3 hin kontaktieren.
Mit Fig. 3 ist erkennbar, dass einzelne Leiter 4; 4a, 4b, bspw. einzelne erste Leiter 4a in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung auch abschaltbar ausgebildet sind. Dadurch ist es einfach möglich, nur eine Gruppe an Leitern 4 vorzusehen, die entwe der allesamt zur Ansteuerung des ersten Rotors 19 dienen oder durch ihre partielle Abschaltung zur Ansteuerung des zweiten Rotors 20 dienen. Exemplarisch ist in dem beispielhaft dargestellten ersten Leiter 4a ein Leistungsschalter 14 integriert, der es ermöglicht, den ersten Leiter 4a im Betrieb abzuschalten bzw. wieder anzuschalten. Der Leistungsschalter 14 ist z.B. einseitig gesintert und weist eine Druckkontaktierung zur Seite des Leiters 4 auf, ggf. mit aufgesintertem Metallleiterplättchen.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der jeweilige Leiter 4; 4a, 4b über ein Federelement 13 in seiner Längsrichtung vorgespannt ist und in Richtung zu der Kontaktstelle 12 der ersten Elektronikscheibe 10 hingedrückt ist. Eine durch das Federelement 13 erzeugte Federkraft ist durch den Kraftpfeil („Kraft“) in Fig. 5 schematisch dargestellt. Hierbei ist weiterhin der Leiter 4 teilweise in der Elektronikebene / Elektronikscheibe 10 eingebet tet. Dadurch ist der Leiter 4; 4a, 4b mit einem Längentoleranzausgleich ausgestattet. Es ist für jeden Leiter 4; 4a, 4b ein separates Federelement 13 oder eine Lamellenfe der vorhanden. Eine elektrische Isolierung erfolgt vorzugsweise durch eine entspre chende Zwischenlage zwischen dem Federelement 13 und dem Leiter 4; 4a, 4b.
Die Leiter 4; 4a, 4b sind bevorzugt derart angeschlossen und ansteuerbar, dass eine Stern- oder Dreieckschaltung umgesetzt ist.
In diesem Zusammenhang wird aus den Fign. 2, 3, 5 und 6 auch deutlich, dass die Leiter 4; 4a, 4b mit ihren Endbereichen 7, 8 an der jeweiligen Kontaktstelle 12 prinzipi ell auf unterschiedliche Weise an der Elektronikscheibe 10, 11 , anbringbar sind. Ne ben dem Andrücken des Endbereichs 7, 8 an die Kontaktstelle 12 sind weiter bevor zugte kraftschlüssige Anbringungsarten als Klemmverbindung, als Einpresskontaktie rung oder als Klebeverbindung umgesetzt. Des Weiteren sind die Endbereiche 7, 8 über eine stoffschlüssige Verbindung, wie eine Lötung oder eine Schweißung, an der Kontaktstelle 12 befestigbar.
Auch ist eine Kühlleitung 16, die ebenfalls durch den Grundkörper 5 axial geführt ist, an der ersten Elektronikscheibe 10 (Fig. 2) sowie an der zweiten Elektronikscheibe 11 angebracht und angeschlossen ist. Die Kühlleitung 16 ist im Betrieb auf typische Weise wiederum weiter mit einer Kühlmittelversorgungseinrichtung, d.h. einer Förder pumpe, weiter verbunden. Eine Abdichtung der Kühlleitung 16 erfolgt vorzugsweise zu einer dem Grundkörper 5 axial abgewandten Seite, etwa gegen ein als Deckel dienen des, fest mit dem Stator 3 verbundenes Statorblech. Die Kühlleitung 16 geht vorzugs weise in einen in die Zeichnungsebene der Fig. 2 hineinverlaufenden Kanal über. Die vorzugsweise als Rohr ausgebildete Kühlleitung 16 verfügt des Weiteren über eine elektrische Isolierung (vorzugsweise eine elektrisch isolierende Wandung) in dem in nerhalb des Grundkörpers 5 axial geführten / verlaufenden Bereich. Es sind bevorzugt mehrere Kühlleitungen 16 in Umfangsrichtung verteilt vorgesehen.
In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein hochgradig umschaltbarer und teilabschaltbarer E-Drive umgesetzt. Grundlage dieser Idee ist es, auf beiden Sei ten 9a, 9b des Motors 1 , den bisherigen Wickelkopf und z. B. die Verschaltungsebene durch eine „Elektronikebene“ zu ersetzen. Der axiale Bauraum dieser Lösung ist we sentlich kleiner als die Ausgangsbauräume. Wenn diese Lösung in Kombination mit einer Entwärmung (Kühleinrichtung mit Kühlleitungen 16) des E-Motors 1 umgesetzt wird, können auch andere Verbindungstechnologien von der „Spule“ / dem Leiter 4;
4a, 4b zur Elektronik / Elektronikscheibe 10, 11 , 23, 24 eingesetzt werden. Des Weite ren ist es von Vorteil, wenn in der Elektronikebene auch Umschaltungen realisiert wer den können. Als einfaches bekanntes Beispiel, das in diversen Applikationen Sinn ma chen würde, ist die Stern- / Dreieckschaltung. Dann sind natürlich auch komplexere Um- und/oder auch Abschaltungen umsetzbar.
Um Verlustmechanismen komplett abzuschalten, ist es auch von Vorteil, wenn eine Aufteilung / Verteilung der Leiter 4 in tangentialer Richtung / Umfangsrichtung, d. h. wie eine Torte, bei der jedes Stück andere Optimierungen haben kann, erfolgt. Auch ist eine Umsetzung in axialer Richtung vorgeschlagen. Dazu wird der Motor 1 axial an einer definierten Stelle in zwei Bereiche (Teileinheiten 17, 18) aufgeteilt. Diese Berei che können nun für bestimmte Aufgaben optimiert sein und es können unterschiedli che Motortypen dargestellt werden. Z.B. kann der erste Teil ein PSM-Motor sein und der zweite Teil ein fremderregter Motor. Im Weiteren sind sogar synchrone und asyn chrone Topologien kombinierbar. Dann laufen die Rotoren 19, 20 natürlich mit gleicher Drehzahl und die Statordrehfelder entsprechend der Motortopologie separat voneinan der. Auch können die beiden Teile 17,18 des Motors 1 unterschiedliche Durchmesser (gilt für alle: Innen-, Luftspalt- Außendurchmesser) aufweisen. Auch sind Axial- und Radi alflussmaschinen kombinierbar sowie auch E-Maschinen 1 mit 3D-Flussführung.
Die Verbindung der Stromleiter 4 der Nuten 6 erfolgt vorzugsweise durch Löten. Die Leiter 4, 4a, 4b werden entsprechend abisoliert in die jeweiligen Leiterelemente (Kon taktstellen 12) der Elektronikscheibe 10, 11 gesteckt, in der Art, dass später durch das entsprechende Lötverfahren alle Stromleiter 4; 4a, 4b der beiden Motorhälften 17, 18 jeweils auf der Oberfläche der Elektronikscheibe 10, 11 verbunden werden. Der Zu sammenbau erfolgt dann durch Aufschieben der jeweiligen Statorbaugruppen und an schließendes Aufbringen der jeweiligen Elektronikscheiben am Ende des Motors. Das Lötverfahren kann auch durch Einpresskontaktierung, Schweißen, Klemmen und Ähn lichem erfolgen. Das Entwärmungsrohr 16 kann wie zuvor montiert werden.
Die Elektronikbereiche 10, 11 , 23, 24 können durch geeignete Maßnahmen (Stecker, Einpresskontaktierung, Kabel, etc.) miteinander verbunden sein. Auch kann das Ganze in einer Scheibe dargestellt werden. In diesen Bereichen wird dann die Verroh rung der Fluidkanäle ebenfalls integriert sein. Durch die geschickte Kombination der Möglichkeiten wird nun erreicht, dass für jeden Betriebspunkt das E-Drive System ge nau angepasst werden kann. Wird z.B. an einem Betriebspunkt mit niedriger Drehzahl (z. B. 20% von einer maximalen Drehzahl n_max) ein niedriges Moment (z. B. 10% ei nes maximalen Drehmomentes) angefordert (ist zu 80 % zyklusrelevant), dann wird nur ein Teil des E-Drives betrieben und die anderen Teile bleiben incl. deren Verlust mechanismen inaktiv. Somit kann ein hocheffizientes E-Drive System dargestellt wer den, das dann mit der hohen Drehzahlspreizung auch keinerlei mechanischer Über setzungsanpassungen benötigt. Bezuqszeichenliste
1 Elektromotor
2 Spulensystem
3 Stator
4 Leiter
4a erster Leiter
4b zweiter Leiter
5 Grundkörper
6 Nut
7 erster Endbereich
8 zweiter Endbereich
9a erste Seite
9b zweite Seite
10 erste Elektronikscheibe
11 zweite Elektronikscheibe
12 Kontaktstelle
13 Federelement
14 Leistungsschalter
15 Isolierummantelung
16 Kühlleitung
17 erste Teileinheit
18 zweite Teileinheit
19 erster Rotor
20 zweiter Rotor
21 erste Spuleneinheit
22 zweite Spuleneinheit
23 dritte Elektronikscheibe
24 vierte Elektronikscheibe
25 Drehachse

Claims

Patentansprüche
1. Elektromotor (1) für einen elektrischen Antrieb, mit einem ein Spulensystem (2) aufweisenden Stator (3), wobei mehrere Leiter (4) des Spulensystems (2) in innerhalb eines Grundkörpers (5) des Stators (3) eingebrachten Geometrien (6) verlaufen sowie mit ihren Endbereichen (7, 8) zu einer ersten axialen Seite (9a) und/oder einer, der ersten axialen Seite (9a) abgewandten, zweiten axi alen Seite (9b) des Grundkörpers (5) hinausragen, dadurch gekennzeichnet, dass der zu der ersten axialen Seite (9a) aus dem Grundkörper (5) hinausra gende erste Endbereich (7) eines Leiters (4) mit einer ersten Elektronik scheibe (10) elektrisch verbunden ist und der zu der zweiten axialen Seite (9b) aus dem Grundkörper (5) hinausragende zweite Endbereich (8) desselben o- der eines anderen Leiters (4) mit einer zweiten Elektronikscheibe (11) elektrisch verbunden ist.
2. Elektromotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endbereich (7) und/oder der zweite Endbereich (8) eines Leiters (4) durch eine kraftschlüssige Verbindung mit einer Kontaktstelle (12) der jeweiligen Elektro nikscheibe (10, 11) verbunden sind/ist.
3. Elektromotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endbereich (7) und/oder der zweite Endbereich (8) eines Leiters (4) über eine stoffschlüssige Verbindung mit einer Kontaktstelle (12) der jeweiligen Elektronikscheibe (10, 11) verbunden sind/ist.
4. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leiter (4) durch ein einen Längentoleranzausgleich er möglichendes Federelement (13) hin zu der ersten Elektronikscheibe (10) o- der zu der zweiten Elektronikscheibe (11 ) abgestützt ist.
5. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leiter (4) einen Leistungsschalter (14) aufweist.
6. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leiter (4) mit einer Isolierummantelung (15) versehen ist, welche Isolierummantelung (15) an den Endbereichen (7, 8) ausgespart ist.
7. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der jeweiligen Elektronikscheibe (10, 11) eine durch den Grundkörper (5) geführte Kühlleitung (16) aufgenommen ist.
8. Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teileinheiten (17, 18) mit jeweils einem eigenen Rotor (19, 20) vor handen sind.
9. Elektromotor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei den jeweiligen Rotor (19, 20) ansteuernde Spuleneinheiten (21, 22) innerhalb des Stators (3) vorhanden sind, wobei sich mehrere, einer ersten Teileinheit (17) zugeordnete erste Leiter (4a) in Umfangsrichtung mit mehreren, einer zweiten Teileinheit (18) zugeordneten zweiten Leitern (4b) abwechseln.
10. Elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem zwei Teileinhei ten (17, 18) aufweisenden Elektromotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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