WO2022214141A1

WO2022214141A1 - Elektrische maschine

Info

Publication number: WO2022214141A1
Application number: PCT/DE2022/100263
Authority: WO
Inventors: Stefan Riess; Michael Menhart; Carsten Sonntag; Johann Oswald
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2021-04-10
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2022-10-13
Also published as: DE102021108951A1; CN117121349A; EP4320714A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrisch betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit zumindest einem auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper aufweist und der Stator wenigstens einen ersten Statorkörper umfasst, wobei der erste Statorkörper eine erste Statorwicklung aufweist, welche innerhalb eines ersten Raums (51) angeordnet ist, der zumindest abschnittsweise von einem begrenzenden ersten Gehäusebauteil (91) umfasst ist. In dem ersten Gehäusebauteil (91) ist ein elektrisches Anschlusselement (70) angeordnet, das einen Kontaktierungskörper (71) und eine Aufnahmehülse (73) aufweist, welche sich durch das Gehäusebauteil (91) derart erstrecken, dass ein erster Abschnitt (77) der Aufnahmehülse (73) in den ersten Raum (51) hineinragt und ein zweiter Abschnitt (72) des Kontaktierungskörpers (71) von der dem ersten Raum (51) abgewandten Seite des ersten Gehäusebauteils (91) kontaktierbar ist. Der Kontaktierungskörper (71) ist in der Aufnahmehülse (73) fixiert und die Aufnahmehülse (73) ist in dem ersten Gehäusebauteil (91) aufgenommen.

Description

Elektrische Maschine

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrisch betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit zumindest einem auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper aufweist und der Stator wenigstens einen ersten Statorkörper umfasst, wobei der erste Statorkörper eine erste Statorwicklung aufweist, welche innerhalb eines ersten Raums angeordnet ist, der zumindest abschnittsweise von einem begrenzenden ersten Gehäusebauteil umfasst ist.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnradifferenzial positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.

Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben. Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung der elektrischen Maschinen wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine durchgesetzt.

Die Mantelkühlung sowie die Wickelkopfkühlung sind beispielsweise aus dem Stand der Technik für die Realisierung einer Kühlung von elektrischen Maschinen mittels Hydraulikflüssigkeiten bekannt. Während die Mantelkühlung die entstehende Wärme an der äußeren Oberfläche des Statorblechpakets in einen Kühlkreislauf überträgt, erfolgt bei der Wickelkopfkühlung der Wärmeübergang direkt an den Leitern außerhalb des Statorblechpakets im Bereich der Wickelköpfe in das Fluid.

Weitere Verbesserungen bieten getrennt ausgeführte Kühlkanäle, welche sowohl in das Blechpaket des Stators (siehe z. B. EP3157138 A1) als auch in die Nut zusätzlich zu den Leitern eingebracht werden (siehe z. B. Markus Schiefer: Indirekte Wicklungskühlung von hochausgenutzten permanenterregten Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklung, Dissertation, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017).

Es sind auch Konzepte bekannt, bei denen die Wicklungen direkt mit Hydraulikflüssigkeit umströmt werden, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Eine verbesserte Kühlung mit direktem Kontakt von Hydraulikflüssigkeit und Leiter in der Nut ist bereits grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt beispielsweise DE102015013018 A1 eine Lösung für elektrische Maschinen mit Einzelzahnwicklung, wobei das Fluid direkt die Wicklungen, welche um die Zähne gewickelt sind, umströmt.

Für eine gute elektrische Kontaktierung und mechanischen Anschluss zwischen einer Nassseite und einer Trockenseite einer derartigen direktgekühlten Wicklung sind üblicherweise elektrische Kontaktierungskörper vorgesehen, welche beispielsweise ein Auf oder Einstecken von elektrischen Leitern erlauben und diese so elektrisch wie mechanisch verbinden. Hierzu ist eine definierte Vorspannkraft der Kontaktierung erforderlich. Die Vorspannkraft ist begrenzt von der mechanischen Tragfähigkeit des Verbindungselements und des Kontaktbereichs. Die mechanische Tragfähigkeit des Verbindungselements wird bspw. durch Kaltverfestigung, Zulegierung von Fremdatomen oder Ausscheidungshärtung erzielt. Diese Maßnahmen behindern allerdings den Elektronenfluss im Werkstoff. Bei den verwendeten Materialien steht deswegen eine gute elektrische Leitfähigkeit im Widerspruch mit einer guten mechanischen Tragfähigkeit.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Maschine bereitzustellen, die eine sichere elektrische wie mechanische Kontaktierung zwischen einer Nassseite und einer Trockenseite aufweist. Ferner soll die elektrische Maschine kostengünstig herstellbar sowie montagefreundlich ausgeführt sein.

Diese Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitervorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrisch betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen relativ zu einem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor eine Rotorwelle mit zumindest einem auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper aufweist und der Stator wenigstens einen ersten Statorkörper umfasst, wobei der erste Statorkörper eine erste Statorwicklung aufweist, welche innerhalb eines ersten Raums angeordnet ist, der zumindest abschnittsweise von einem begrenzenden ersten Gehäusebauteil umfasst ist. In dem ersten Gehäusebauteil ist ein elektrisches Anschlusselement angeordnet, das einen Kontaktierungskörper und eine Aufnahmehülse aufweist, welche sich durch das Gehäusebauteil derart erstrecken, dass ein erster Abschnitt der Aufnahmehülse in den ersten Raum hineinragt und ein zweiter Abschnitt des Kontaktierungskörpers von der dem ersten Raum abgewandten Seite des ersten Gehäusebauteils kontaktierbar ist. Der Kontaktierungskörper ist in der Aufnahmehülse fixiert und die Aufnahmehülse ist in dem ersten Gehäusebauteil aufgenommen.

Erfindungsgemäß kann mittels der elektrischen Maschine grundsätzlich eine Aufteilung der Funktionen von elektrischer Leitung sowie Kraftaufnahme des elektrischen Anschlusselements bereitgestellt werden, so dass der Kraftfluss maßgeblich durch den Kontaktierungskörper vorzugsweise als ein Element von mechanisch höherer Tragfähigkeit bzw. Festigkeit und der Stromfluss maßgeblich durch die Aufnahmehülse vorzugsweise als ein Element höherer spezifischer elektrischer Leitfähigkeit verläuft. Hierzu besitzt des elektrische Anschlusselement vorzugsweise den Kontaktierungskörper, welcher mittels einer Presspassung in der Aufnahmehülse fixiert ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, einen in die Aufnahmehülse eingepressten Bolzen oder einer Gewindebuchse als Kontaktierungskörper zu verwenden, dessen Hauptfunktion die Abstützung der Klemmkräfte beispielsweise über den tragenden Querschnitt und einen Hinterschnitt ist. Der Werkstoff des Bolzens bzw. der Gewindebuchse besitzt in vorteilhafter Weise eine höhere mechanische Belastbarkeit (Fließgrenze) als der Werkstoff der Aufnahmehülse. Die Aufnahmehülse ihrerseits weist bevorzugt eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit verglichen mit dem Kontaktierungskörper auf. Dafür ist der Werkstoff der Aufnahmehülse weicher und hat demnach eine geringere mechanische Belastbarkeit (Fließgrenze) als der Werkstoff des Kontaktierungskörpers.

Der als Bolzen oder Gewindebuchse ausgebildete Kontaktierungskörper wird in bevorzugter Weise so in das Gehäusebauteil eingepresst, dass der weichere Werkstoff elastisch und plastisch umgeformt wird, sodass die Dichtwirkung ausreicht, um die beiden Räume beidseits des Gehäusebauteils gegeneinander bzw. einen Raum gegen die Umwelt abzudichten. Dafür ist insbesondere bevorzugt am Kontaktierungskörper, beispielsweise am Bolzen bzw. der Gewindebuchse, eine Querschnittsaufweitung vorgesehen, welche für die Umformung des weicheren Werkstoffs ausgelegt ist. Der elastische Anteil der Umformung sorgt dabei für die Aufrechterhaltung der Anpressung und der plastische Anteil der Umformung zur Verlängerung der Dichtstrecken im dafür vorgesehenen Bereich. Überschüssiges Material der Aufnahmehülse wird dabei in einem dafür vorgesehenen Bereich aufgenommen. Gleichzeitig entsteht durch die Querschnittsaufweitung des Kontaktierungskörpers, beispielsweise des Bolzens bzw. der Gewindebuchse, eine Hinterschneidung, die dem Auszug der Aufnahmehülse entgegenwirkt. Der Raum zur Aufnahme des überschüssigen Materials beim Einpressvorgang kann in zu bevorzugender Weise ebenfalls mit zusätzlichen Dichtmitteln oder Dichtelementen bestückt werden und so die Dichtwirkung weiter steigern.

Die Aufnahmehülse mit dem eingepressten Kontaktierungskörper, beispielsweise dem Bolzen bzw. der Gewindebuchse, wird besonders bevorzugt elektrisch isoliert im Gehäusebauteil angebracht. Dafür kann beispielsweise entweder das Gehäusebauteil aus einem elektrisch schlecht leitenden Werkstoff bzw. einem Isolationsstoff gefertigt oder in einen elektrisch nichtleitenden Adapter eingesetzt sein, der die elektrische Isolationswirkung zwischen dem Gehäusebauteil und dem Zusammenbau aus Kontaktierungskörper und Aufnahmehülse realisiert. Die Dichtwirkung kann beispielsweise über Dichtelemente zwischen der Aufnahmehülse und dem angrenzenden Gehäusebauteil oder Adapter erzielt werden.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Elektrische Maschinen dienen zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfassen in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken. Die erfindungsgemäße elektrische Maschine kann als Axialflussmaschine oder Radialflussmaschine ausgebildet sein.

Der Stator der elektrischen Maschine kann insbesondere als Stator für eine Radialflussmaschine ausgebildet sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht bevorzugt aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Über den Umfang verteilt, können in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten und/oder Kanäle eingelassen sein, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. Der für eine Radialflussmaschine ausgebildete Stator kann als Stator für einen Innenläufer oder Außenläufer ausgebildet sein. Bei einem Innenläufer erstrecken sich beispielsweise die Statorzähne radial nach innen, während sie sich bei einem Außenläufer radial nach außen erstrecken.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.

Eine Statorwicklung ist ein elektrisch leitfähiger Leiter, dessen Längenerstreckung wesentlich größer ist als seine Erstreckung senkrecht zur Längserstreckung. Die Statorwicklung kann grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen. Bevorzugt sind rechteckige Querschnittsformen, da sich mit diesen hohe Packungs- und folglich Leistungsdichten erzielen lassen. Ganz besonders bevorzugt ist eine Statorwicklung aus Kupfer gebildet. Bevorzugt weist eine Statorwicklung eine Isolierung auf. Zur Isolierung der Statorwicklung kann beispielsweise Glimmerpapier, welches aus mechanischen Gründen durch einen Glasgewebeträger verstärkt sein kann, in Bandform um eine oder mehrere Statorwicklungen gewickelt sein, welche mittels eines aushärtenden Harzes imprägniert sind. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine aushärtbares Polymer oder eine Lackschicht ohne ein Glimmerpapier zu verwenden, um eine Statorwicklung zu isolieren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine als Axialflussmaschine ausgebildet ist, umfassend den relativ zu dem Stator drehbar in einem Trockenraum gelagerten Rotor, wobei der Rotor die Rotorwelle mit zumindest dem ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten, Rotorkörper aufweist, wobei der Stator den ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und den zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die elektrische Maschine so axial sehr kompakt bauend ausgebildet werden kann.

Der magnetische Fluss in einer derartigen elektrischen Axialflussmaschine (AFM), wie beispielsweise eine als Axialflussmaschine ausgebildete elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es existieren unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I- Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist eine I-Anordnung bevorzugt. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass ein hydraulisches Verbindungselement aus einem elektrisch nichtleitfähigen Material gebildet ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass eine gute elektrische Isolationswirkung zu elektrisch leitenden Bauteilen der elektrischen Maschine bereitgestellt werden kann.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das hydraulische Verbindungselement eine im Wesentlichen zylinderringartige Raumform aufweist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das hydraulische Verbindungselement radial oberhalb des ersten Statorkörpers und/oder des zweiten Statorkörpers positioniert ist.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das hydraulische Verbindungselement eine erste Dichtung aufweist, die den ersten Hydraulikraum gegenüber dem Trockenraum des Rotors abdichtet und/oder das hydraulische Verbindungselement eine zweite Dichtung aufweist, die den zweiten Hydraulikraum gegenüber dem Trockenraum des Rotors abdichtet. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass die erste Dichtung und/oder die zweite Dichtung einstückig mit dem hydraulischen Verbindungselement ausgebildet sind/ist.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass das hydraulische Verbindungselement mittels einer Presspassung mit einem den ersten Hydraulikraum zumindest abschnittsweise begrenzenden ersten Gehäusebauteil verbunden ist und/oder das hydraulische Verbindungselement mittels einer Presspassung mit einem den zweiten Hydraulikraum zumindest abschnittsweise begrenzenden zweiten Gehäusebauteil verbunden ist.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von hydraulischen Verbindungselementen umfänglich verteilt zwischen dem ersten Hydraulikraum und dem zweiten Hydraulikraum angeordnet ist.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter weise dahingehend ausgeführt sein, dass die hydraulischen Verbindungselemente im Wesentlichen identisch ausgeführt sind, wodurch die Bauteilkomplexität und somit die Herstellkosten der elektrischen Maschine gesenkt werden können.

Es ist ferner zu bevorzugen, dass die Wicklungsenden der Axialflussmaschine in der Art verlaufen, dass im Zusammenbau die Wcklungsenden parallel bzw. annähernd parallel zur Maschinenhauptachse orientiert sind. Die Wicklungsenden werden bei der Montage in bevorzugter Weise durch dafür vorgesehene und entsprechend ausgebildete lokale Freimachungen der Axialflussmaschine zu einer der Stirnseiten der Axialflussmaschine geführt und nach dem entsprechenden axialen Zusammenschieben der entsprechenden Maschinenteile geeignet elektrisch und mechanisch verbunden. Die so verbundenen Wcklungsenden der Statoren werden in besonders bevorzugter Weise stirnseitig über Verbindungsleiter zu den axial positionierten Phasenanschlüssen geführt. Diese Verbindungsleiter können durch Wcklungsenden nahtlos an die Wcklung anschließen oder an die Wcklung geeignet elektrisch und mechanisch angeschlossen sein. Der Sternpunkt bzw. die Sternpunkte der Maschine werden bevorzugt dabei nicht bis zum Phasenanschluss ausgeführt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Werkstoff des Kontaktierungskörpers eine höhere Fließgrenze als der Werkstoff Aufnahmehülse aufweist. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der Werkstoff der Aufnahmehülse eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist als der Werkstoff des Kontaktierungskörpers. Hierdurch kann insbesondere eine gute plastische Anbindung der Aufnahmehülse an ein umliegendes Gehäusebauteil als auch gegenüber dem Kontaktierungskörper bei gleichzeitig guter Isolationswirkung bereitgestellt werden.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt des Kontaktierungskörpers als Bolzen, insbesondere Gewindebolzen ausgeformt ist, so dass eine montagesichere Schraubverbindung bereitgestellt werden kann. Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt des Kontaktierungskörpers als Buchse, insbesondere als Gewindebuchse, ausgeführt ist, wodurch ebenfalls eine montagesichere Schraubverbindung realisierbar ist.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Presspassung zwischen dem Kontaktierungskörper und der Aufnahmehülse wenigstens einen Hinterschnitt aufweist, so dass insbesondere Axialkräfte hierüber zumindest teilweise abgestützt werden können.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Kontaktierungskörper im Bereich der Presspassung eine umlaufende Nut aufweist, in welche bei der Ausbildung der Presspassung plastisch verformtes Material der Aufnahmehülse aufnimmt und hierdurch eine zusätzliche axiale Sicherung des Kontaktierungskörpers gegenüber der Aufnahmehülse bereitstellt.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Aufnahmehülse an ihrer äußeren Mantelfläche eine Dichtung aufweist, mittels derer die Aufnahmehülse gegenüber dem Gehäusebauteil abgedichtet ist, wodurch die Dichtwirkung weiter optimiert werden kann.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine als Axialflussmaschine ausgeführt ist, bei der der Rotor drehbar in einem Trockenraum gelagert, wobei die Rotorwelle zumindest einen ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper aufweist, und der Stator einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors voneinander beabstandet sind, wobei der erste Statorkörper eine erste Statorwicklung und der zweite Statorkörper eine zweite Statorwicklung aufweist und die erste Statorwicklung innerhalb eines ersten Hydraulikraums und die zweite Statorwicklung innerhalb eines zweiten Hydraulikraums angeordnet sind, innerhalb derer die jeweiligen Statorwicklungen, jeweils von einem Hydraulikfluid zumindest abschnittsweise kontaktierbar sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 eine elektrische Axialflussmaschine in einer schematischen Axialschnittansicht, Figur 2 eine Detailansicht eines elektrischen Anschlusselements in einer schematischen Schnittdarstellung,

Figur 3 eine Detailansicht einer Presspassung zwischen Aufnahmehülse und Kontaktierungskörper in einer schematischen Schnittdarstellung, und

Figur 4 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in schematischen Blockschaltdarstellungen.

Die Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 für einen elektrisch betriebenen Antriebsstrang 10 eines Kraftfahrzeugs 11, wie es exemplarisch in der Figur 3 gezeigt ist. In der oberen Darstellung der Figur 3 ist der Antriebsstrang 10 eines hybrid angetriebenen und in der unteren Darstellung eines vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 11 mit jeweils einer elektrischen Maschine 1 gezeigt.

Die elektrische Maschine 1 umfasst einen relativ zu einem Stator 2 drehbar gelagerten Rotor 3, wobei der Rotor 3 eine Rotorwelle 30 mit zumindest einem auf der Rotorwelle 30 dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper 31 aufweist. Der Stator 2 besitzt einen ersten Statorkörper 21 , wobei der erste Statorkörper 21 eine erste Statorwicklung 41 aufweist, welche innerhalb eines ersten Hydraulikraums bzw. Nassraums 51 angeordnet ist, innerhalb dessen die erste Statorwicklung 41 von einem Hydraulikfluid 5 zumindest abschnittsweise kontaktierbar ist, und wobei der erste Hydraulikraum 51 zumindest abschnittsweise von einem begrenzenden ersten Gehäusebauteil 91 umfasst ist.

Ersichtlich ist aus der Figur 1 ferner, dass die elektrische Maschine als Axialflussmaschine 1 ausgeführt ist, bei der der Rotor 3 drehbar in einem Trockenraum 32 gelagert, wobei die Rotorwelle 30 zumindest einen ersten scheibenförmig ausgebildeten, auf der Rotorwelle 30 dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper 31 aufweist, und der Stator 2 einen ersten ringscheibenförmigen Statorkörper 21 und einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper 22 umfasst, welche koaxial zueinander und zu der Rotorwelle 30 angeordnet und axial unter Zwischenanordnung des Rotors 3 voneinander beabstandet sind, wobei der erste Statorkörper 21 eine erste Statorwicklung 41 und der zweite Statorkörper 22 eine zweite Statorwicklung 42 aufweist und die erste Statorwicklung 41 innerhalb eines ersten Hydraulikraums 51 und die zweite Statorwicklung 42 innerhalb eines zweiten Hydraulikraums bzw. Nassraums 52 angeordnet sind, innerhalb dessen die jeweiligen Statorwicklungen 41,42 jeweils von einem Hydraulikfluid 5 zumindest abschnittsweise kontaktierbar sind. Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, ist in dem ersten Gehäusebauteil 91 ist ein elektrisches Anschlusselement 70 angeordnet ist, das einen Kontaktierungskörper 71 und eine Aufnahmehülse 73 aufweist, welche sich durch das Gehäusebauteil 91 derart erstrecken, dass ein erster zylinderförmiger Abschnitt 77 der Aufnahmehülse 77 in den ersten Hydraulikraum 51 hineinragt und ein zweiter zylinderförmiger Abschnitt 72 des Kontaktierungskörpers 71 von der dem ersten Hydraulikraum 51 abgewandten Seite des ersten Gehäusebauteils 91 kontaktierbar ist. Der Kontaktierungskörper 71 ist mittels einer umfänglich geschlossenen Presspassung in einer Aufnahmehülse 73 fixiert, welche ihrerseits mittels einer Presspassung in dem ersten Gehäusebauteil 91 aufgenommen ist. Der zweite Abschnitt 72 des Kontaktierungskörpers 71 ist als Bolzen, insbesondere Gewindebolzen ausgeformt. Alternativ wäre es auch möglich, dass der zweite Abschnitt 72 des Kontaktierungskörpers 71 als Buchse, insbesondere als Gewindebuchse, ausgeführt ist. Der Kontaktierungskörper 71 verläuft in seiner Längserstreckung achsparallel zur Rotationsachse des Rotors 30.

Das elektrische Anschlusselement 70 ist in Richtung des ersten bzw. zweiten Hydraulikraums 51,52 mit einem oder mehreren der elektrischen Leitern 7 der Statorwicklungen 41,42 verbunden. Insbesondere können an einem elektrischen Anschlusselement 70 elektrische Leiter 7 einer gleichen Phase angeschlossen sein. Dies ist in dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall. Die der gleichen Phase zugeordneten ersten Wcklungsenden 43 der ersten Statorwicklung 41 und die zweiten Wcklungsenden 42 der zweiten Statorwicklung 42 sind an dem elektrischen Anschlusselement 70 elektrisch wie auch mechanisch angebunden. Der Anschluss an den zweiten Abschnitt 77 deder Aufnahmehülse 73 kann beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen erfolgen oder aber auch mittels einer lösbaren Verbindung wie mit einer Spannschelle.

Die erste Statorwicklung 41 weist aus dem ersten Statorkörper 21 austretende erste Wcklungsenden 43 auf, welche sich radial oberhalb des Statorkörpers 21 in axialer Richtung erstrecken. Auch die zweite Statorwicklung 42 besitzt aus dem zweiten Statorkörper 22 austretende zweite Wcklungsenden 44, welche sich radial oberhalb des ersten Statorkörpers 21 und des zweiten Statorkörpers 22 in axialer Richtung erstrecken. Der erste Hydraulikraum 51 ist zumindest abschnittsweise von einem begrenzenden ersten Gehäusebauteil 91 umfasst, welches eine Mehrzahl von umfänglich verteilten Öffnungen 13,14 zur Durchführung der zweiten Wcklungsenden 44 aufweist. Die ersten Wicklungsenden 43 sind auf einer Kreisbahn mit einem ersten Durchmesser und die zweiten Wcklungsenden 44 auf einer Kreisbahn mit einem zweiten Durchmesser angeordnet, wobei der erste Durchmesser von dem zweiten Durchmesser verschieden ist.

Die ersten Wcklungsenden 43 und die zweiten Wcklungsenden 44 sind zur gleichen axialen Stirnseite der Axialflussmaschine 1 hin orientiert und an der gleichen axialen Stirnseite der Axialflussmaschine 1 verschaltet. Die erste Statorwicklung 41 und die zweite Statorwicklung 42 sind jeweils mindestens dreiphasig mit einer Sternpunktverschaltung konfiguriert.

Die elektrische Maschine 1 weist ferner eine Mehrzahl von hydraulischen Verbindungselementen 6 auf, welches den ersten Hydraulikraum 51 hydraulisch mit dem zweiten Hydraulikraum 52 verbinden. Innerhalb der hydraulischen Verbindungselemente 6 ist jeweils wenigstens ein elektrischer Leiter 7 der zweiten Statorwicklung 42 angeordnet. Die Mehrzahl von im Wesentlichen identisch ausgeführten hydraulischen Verbindungselementen 6 ist umfänglich verteilt zwischen dem ersten Hydraulikraum 51 und dem zweiten Hydraulikraum 52 angeordnet.

Der Werkstoff des Kontaktierungskörpers 71 weist eine höhere Fließgrenze als der Werkstoff der Aufnahmehülse 73 auf, während der Werkstoff der Aufnahmehülse 73 eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist als der Werkstoff des Kontaktierungskörpers 71.

In der Figur 3 ist gut zu erkennen, dass die Presspassung zwischen dem Kontaktierungskörper 71 und der Aufnahmehülse 73 wenigstens einen Hinterschnitt 74 aufweist, so dass hierüber eine verbesserte axiale Kraftaufnahme bereitgestellt werden kann. Was der Figur 3 auch entnommen werden kann, ist, dass der Kontaktierungskörper 71 im Bereich der Presspassung eine umlaufende Nut 75 aufweist, in welche während des Einpressvorgangs plastisch verformtes Material der Aufnahmehülse 73 einfließen kann und so ebenfalls eine verbesserte axiale Sicherung des Kontaktierungskörpers 71 gegenüber der Aufnahmehülse bereitstellen kann.

Der als Bolzen ausgebildete Kontaktierungskörper 71 wird also so in das Gehäusebauteil 91 eingepresst, dass der weichere Werkstoff elastisch und plastisch umgeformt wird, so dass die Dichtwirkung ausreicht, um die beiden Räume beidseits des Gehäusebauteils 91 gegeneinander bzw. einen Raum gegen die Umwelt abzudichten. Dafür ist am Kontaktierungskörper 71 eine Querschnittsaufweitung vorgesehen, welche für die Umformung des weicheren Werkstoffs ausgelegt ist. Der elastische Anteil der Umformung sorgt dabei für die Aufrechterhaltung der Anpressung und der plastische Anteil der Umformung zur Verlängerung der Dichtstrecken im dafür vorgesehenen Bereich. Überschüssiges Material der Aufnahmehülse 73 wird dabei von der Nut 75 aufgenommen. Gleichzeitig entsteht durch die Querschnittsaufweitung des Kontaktierungskörpers 71 eine Hinterschneidung 74, die dem Auszug der Aufnahmehülse 73 entgegenwirkt.

Auch ist in der Figur 2 gezeigt, dass die Aufnahmehülse 73 an ihrer äußeren Mantelfläche eine Dichtung 76 aufweist, mittels derer die Aufnahmehülse 73 gegenüber dem Gehäusebauteil 91 abgedichtet ist. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass die Dichtung 76 einen axialen Dichtsitz aufweist und nicht, wie in der Figur 2 gezeigt, einen radialen Dichtsitz.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Bezuqszeichenliste

1 elektrische Maschine

2 Stator

3 Rotor

4 Statorwicklung

6 Verbindungselemente

7 Anschlusselement

9 Gehäusebauteil

10 Antriebstrang

11 Kraftfahrzeug

21 Statorkörper

22 Statorkörper

30 Rotorwelle

31 Rotorkörper

32 T rocken raum

41 Statorwicklung

42 Statorwicklung

43 Wicklungsenden

44 Wcklungsenden

51 Hydraulikraum

52 Hydraulikraum

70 Anschlusselement

71 Kontaktierungskörper

72 Abschnitt

73 Aufnahmehülse

74 Hinterschnitt

75 Nut

76 Dichtung

77 Abschnitt 81 Dichtung

82 Dichtung 91 Gehäusebauteil

92 Gehäusebauteil

Claims

Ansprüche

1. Elektrische Maschine (1), insbesondere für einen elektrisch betriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen relativ zu einem Stator (2) drehbar gelagerten Rotor (3), wobei der Rotor (3) eine Rotorwelle (30) mit zumindest einem auf der Rotorwelle (30) dreh- und verschiebefest angeordneten Rotorkörper (31) aufweist und der Stator (2) wenigstens einen ersten Statorkörper (21) umfasst, wobei der erste Statorkörper (21) eine erste Statorwicklung (41) aufweist, welche innerhalb eines ersten Raums (51) angeordnet ist, der zumindest abschnittsweise von einem begrenzenden ersten Gehäusebauteil (91) umfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Gehäusebauteil (91) ein elektrisches Anschlusselement (70) angeordnet ist, das einen Kontaktierungskörper (71) und eine Aufnahmehülse (73) aufweist, welche sich durch das Gehäusebauteil (91) derart erstrecken, dass ein erster Abschnitt (77) der Aufnahmehülse (73) in den ersten Raum (51) hineinragt und ein zweiter Abschnitt (72) des Kontaktierungskörpers (71) von der dem ersten Raum (51) abgewandten Seite des ersten Gehäusebauteils (91) kontaktierbar ist, wobei der Kontaktierungskörper (71) in der Aufnahmehülse (73) fixiert ist und die Aufnahmehülse (73) in dem ersten Gehäusebauteil (91) aufgenommen ist.

2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktierungskörper (73) mittels einer umfänglich geschlossenen Presspassung in der Aufnahmehülse (73) fixiert ist.

3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Presspassung zwischen dem Kontaktierungskörper (71) und der Aufnahmehülse (73) wenigstens einen Hinterschnitt (74) aufweist.

4. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktierungskörper (71) im Bereich der Presspassung eine umlaufende Nut (75) aufweist.

5. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Kontaktierungskörpers (71) eine höhere Fließgrenze oder Festigkeit als der Werkstoff der Aufnahmehülse (73) aufweist.

6. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Aufnahmehülse (73) eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit als der Werkstoff des Kontaktierungskörpers (71) aufweist.

7. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (72) des Kontaktierungskörpers (71) als Bolzen, insbesondere Gewindebolzen, ausgeformt ist.

8. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (72) des Kontaktierungskörpers (71) als Buchse, insbesondere als Gewindebuchse, ausgeführt ist.

9. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmehülse (73) an ihrer äußeren Mantelfläche eine Dichtung (76) aufweist, mittels derer die Aufnahmehülse (73) gegenüber dem Gehäusebauteil (91) abgedichtet ist.

10. Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine als Axialflussmaschine (1) ausgeführt ist, bei der der Rotor (3) drehbar in einem Trockenraum (32) gelagert ist, wobei der Rotorkörper (31) scheibenförmig ausgebildet ist und der Statorkörper (21) ringscheibenförmig ausgebildet ist und der Rotorkörper (31) und der Statorkörper (21) koaxial zu der Rotorwelle (30) angeordnet sind.

11. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet das der Stator (2) einen zweiten ringscheibenförmigen Statorkörper (22) aufweist, der koaxial zu der Rotorwelle (30) angeordnet ist und eine zweite Statorwicklung (42) aufweist, welche innerhalb eines zweiten Raums (52) angeordnet ist, wobei der erste ringscheibenförmige Statorkörper (21) und der zweite ringscheibenförmige Statorkörper (22) axial unter Zwischenanordnung des Rotors (3) voneinander beabstandet sind.

12. Elektrische Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Raum ein zweiter Hydraulikraum (52) ist, innerhalb dessen die zweite Statorwicklung (42) von einem Hydraulikfluid zumindest abschnittsweise kontaktierbar ist.

13. Elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Raum ein erster Hydraulikraum (51) ist, innerhalb dessen die erste Statorwicklung (41) von einem Hydraulikfluid zumindest abschnittsweise kontaktierbar ist.