WO2025011963A1 - Fremderregte elektrische maschine mit schleifringmodul, verfahren zur herstellung einer fremderregten elektrischen maschine und kraftfahrzeug - Google Patents

Fremderregte elektrische maschine mit schleifringmodul, verfahren zur herstellung einer fremderregten elektrischen maschine und kraftfahrzeug Download PDF

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shaft end
wea
shaft
slip ring
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Nils Krone
Tomislav MARINA
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Vitesco Technologies Germany GmbH
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/08—Insulating casings

Definitions

  • the invention relates to an externally excited electrical machine for a traction drive of an at least partially electrically driven motor vehicle, wherein the electrical machine has a rotor shaft with a shaft end section.
  • a slip ring module is fitted onto the shaft end section, the slip ring of which is electrically connected to a connecting element running through the shaft end section.
  • a bearing device is arranged on an outer surface of the shaft end section.
  • the invention also relates to a method for producing the externally excited electrical machine according to the invention.
  • a further subject of the invention is a motor vehicle with the externally excited electrical machine according to the invention.
  • Separately excited electrical machines are generally known.
  • the known separately excited electrical machines generally have a slip ring module on a shaft end section, which is plugged onto an outside or onto an outer surface of the shaft end section.
  • a slip ring module On accommodate connecting elements of the slip ring module, grooves running in the axial direction of the rotor are formed in the outer surface.
  • a bearing device sits on the shaft end section. Due to the grooves in the outer surface in the area of the bearing device, extensive sealing measures are required between the bearing device and the outer surface in order to prevent a cooling medium for cooling a rotor winding from reaching the slip rings of the slip ring module. These sealing measures can increase the cost of the electrical machine.
  • the invention relates to an externally excited electric machine for a traction drive of an at least partially electrically driven motor vehicle, having a rotor shaft of a rotor, to which a shaft end section is adjacent and/or formed, wherein the shaft end section has a first opening and a second opening arranged at a distance from the first opening in an axial direction of the rotor, a potting body arranged in the shaft end section, in which an electrically conductive connecting element is embedded at least in sections, wherein the connecting element has a distal first end and a distal second end, and the distal second end can be guided or is guided through the second opening, a slip ring module arranged on a distal end section of the shaft end section with a slip ring and a connecting section arranged on the slip ring, which is electrically conductively connected to the distal first end of the connecting element, and a bearing device which sits on an outer circumferential surface of the shaft end section and via which the rotor can be mounted in
  • an externally excited electric machine for a traction drive of an at least partially electrically driven motor vehicle.
  • the externally excited electric machine has a rotor which comprises a rotor shaft.
  • a shaft end section is arranged and/or formed adjacent to the rotor shaft.
  • the shaft end section comprises a first opening and a second opening arranged at a distance from the first opening in an axial direction of the rotor.
  • the first opening is preferably aligned coaxially to a longitudinal axis of the rotor and/or the rotor shaft.
  • the first opening is particularly preferably designed as an edge-closed opening.
  • the second opening is formed in a wall of the shaft end section; if the shaft end section is considered separately, the second opening on a side facing away from the first opening is preferably designed as a recess and/or slot and only achieves the formation of an edge-closed opening in combination and/or connection with the rotor shaft.
  • a potting body is arranged in the shaft end section.
  • An electrically conductive connecting element is at least partially arranged in the potting body. embedded.
  • the connecting element has a distal first end and a distal second end. The distal second end can be guided or preferably guided through the second opening. A winding wire of a rotor winding of the rotor can thus be easily connected in an electrically conductive manner to the second end of the connecting element.
  • a slip ring module is arranged on a distal end section of the shaft end section, which has a slip ring and a connecting section arranged on the slip ring.
  • the connecting section is electrically conductively connected to the distal first end of the connecting element.
  • a bearing device is provided, which sits on an outer surface of the shaft end section, preferably between the slip ring module and the second opening.
  • the connecting element is guided through the shaft end section and creates an electrically conductive connection between the slip ring and the distal second end of the connecting element, which can be connected to the rotor winding, no grooves or recesses are required on the outer surface of the shaft end section in the area of the bearing device, so that the media tightness in this area can be increased in a simple and inexpensive manner.
  • This can prevent a cooling medium for cooling a laminated core arranged on the rotor shaft from reaching the slip ring module in the area of the bearing device.
  • a shaft sealing ring is arranged adjacent to the bearing device. It is therefore conceivable that the shaft sealing ring is arranged on a side of the bearing device facing the slip ring module and/or on a side of the bearing device facing away from the slip ring module. If the bearing device is designed to be self-lubricating, in other words, has a lubricant, in particular a grease, it is preferably provided that the shaft sealing ring is arranged on a side facing away from the slip ring module. This can prevent fluids, in particular a cooling medium for cooling a laminated core arranged on the rotor shaft, from penetrating the bearing device and reaching the slip ring module via the bearing device.
  • the shaft sealing ring is arranged on a side facing the slip ring module.
  • This arrangement is preferably provided if the bearing device is to be lubricated via the coolant for cooling the laminated core arranged on the rotor shaft.
  • An advantageous development of the invention is that the outer surface is designed to be uninterrupted in an area in which the shaft seal sits on the shaft end section and/or seals against it. In other words, in the area in which the shaft seal sits on the outer surface, no grooves or channels are formed that extend in the axial direction of the rotor over a width of the shaft seal - based on the axial direction of the rotor or the shaft end section. The media tightness in the area of the shaft seal and thus also of the bearing device can thus be increased in a simple and inexpensive manner.
  • the diameter of the shaft end section in the area of the bearing device and the shaft seal can have a reduced outer diameter. Due to the reduced outer diameter, the circumferential speed in the area of the shaft seal is reduced when the rotor rotates about its longitudinal axis, so that wear on the shaft seal can be reduced and the longevity of the shaft seal can be increased.
  • the casting body is fixed in the shaft end section in the longitudinal direction of the rotor in a material-locking and/or form-fitting manner.
  • the form-fitting fixation provides that the casting body is designed in such a way that it is held in the shaft end section in the longitudinal direction of the rotor by an internal geometry of the shaft end section on the one hand and the rotor shaft on the other.
  • the potting body has a section in which a maximum outer diameter or outer cross section is larger than a smallest inner diameter of the shaft end section. In this way, a positional fixation of the potting body in the direction of the slip ring module can be made possible.
  • the potting body is preferably made of an electrically insulating material.
  • the potting body can particularly preferably be made of a plastic material or comprise a plastic. Such a potting body can be produced inexpensively.
  • a Sealing element is arranged between an inner surface of the shaft end section and the casting body.
  • the sealing element is preferably designed as a ring seal, in particular as an O-ring.
  • the sealing element is particularly preferably made of a permanently elastic material. The sealing element can be used to prevent a fluid for cooling a laminated core arranged on the rotor shaft from passing through the second opening and an annular gap between the casting body and the inner surface of the shaft end section in the direction of the slip ring module.
  • the distal first end is not guided through the first opening, but is designed to be recessed towards the first opening.
  • the connecting section of the slip ring module protrudes through the first opening into the shaft end section in order to be connected in an electrically conductive manner to the distal first end of the connecting element. This can be advantageous for the axial installation space of the rotor or the separately excited electrical machine.
  • a preferred development of the invention provides that the distal first end is guided through the first opening. In other words, the distal first end projects beyond the first opening. It is therefore not necessary for the connecting section of the slip ring module to project into the first opening in the shaft end section in order to be connected in an electrically conductive manner to the distal first end of the connecting element. In this way, the electrically conductive connection between the connecting section of the slip ring and the distal first end of the connecting element is not, or not significantly, hindered by the shaft end section, so that the electrically conductive connection can be implemented in a simple and inexpensive manner.
  • the connecting section has a receiving opening for receiving the distal first end of the connecting element.
  • the distal first end is preferably designed to be straight and runs in the axial and/or longitudinal direction of the rotor.
  • the receiving opening of the connecting section is designed as either an edge-closed opening and/or a loop into which the straight distal first end of the connecting element engages when the slip ring module is plugged onto the shaft end section.
  • the connecting section and the distal first end of the connecting element can thus be brought together in a simple and inexpensive manner in order to be connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the receiving opening can be formed in one piece in the connecting element.
  • a pole shoe having the receiving opening is placed on the connecting section and the distal first end engages in the receiving opening of the pole shoe.
  • the connecting section and the distal first end of the connecting element run parallel to one another at least in sections in the region of the electrically conductive connection, and the regions of the connecting element and the connecting section that run parallel to one another are preferably connected to one another in a materially bonded manner.
  • the regions that run parallel to one another preferably run in a longitudinal direction of the shaft end section.
  • the electrically conductive connection between the connecting section and the distal first end of the connecting element is a material connection, a force-fitting connection and/or a positive connection.
  • the material connection is preferably a welded connection or an electrically conductive adhesive connection.
  • the positive and/or force-fitting connection can be a press-fit connection.
  • the slip ring module has a slip ring carrier, wherein the slip ring and the connecting section are arranged at least partially and/or in sections in the slip ring carrier.
  • the slip ring module can be prepared in a simple manner in order to then be plugged onto the shaft end section of the rotor shaft. The production times of the separately excited electrical machine and consequently also the production costs can thus be reduced, since only the slip ring module as such is plugged onto the shaft end section and electrically connected to the connecting element.
  • the slip ring module is plugged onto the shaft end section and the slip ring of the slip ring module is arranged at a distance in the radial direction from the outer surface of the shaft end section.
  • the installation space of the separately excited electrical machine can thus be reduced in the axial direction.
  • the invention relates to a method for producing the separately excited electrical machine according to the invention, comprising the steps:
  • a method for producing the rotor according to the invention comprises at least the steps of providing a shaft end section.
  • a casting body in which the connecting element is arranged is arranged in the shaft end section.
  • the connecting element is guided within the shaft end section.
  • the shaft end section is connected to the rotor shaft.
  • the rotor shaft can be designed as a hollow shaft, but not limited to this. It is also conceivable that the rotor shaft has a solid cross-section.
  • the rotor shaft is mounted in a housing via a bearing device.
  • the bearing can be designed as a rolling bearing.
  • the housing can be a housing wall or a bearing plate of the housing of the separately excited electrical machine. It is also provided that the slip ring module is arranged, in particular plugged, onto a distal end section of the shaft end section. The plugging preferably takes place in the axial direction of the rotor or the rotor shaft. Depending on the outer diameter of the slip ring module, it can be provided that the slip ring module is arranged on the distal end section of the shaft end section after the arrangement and/or storage of the rotor via the bearing device in the housing.
  • the slip ring module is plugged onto the distal end section of the shaft end section and then the entire rotor, together with the slip ring module plugged onto the shaft end section, is stored in the housing via the bearing device.
  • a method is provided with which a rotor can be arranged within a housing in a simple and inexpensive manner and increased media tightness can be achieved in the area of the housing or the bearing seat.
  • a shaft sealing ring is arranged adjacent to and/or at a distance from the bearing device, which seals against the housing on the one hand and the shaft end section on the other hand.
  • a preferred development of the invention provides that, in order to arrange the casting body having the connecting element in the shaft end section, a separate casting body having the connecting element is produced outside the hollow shaft and is arranged captively in the shaft end section.
  • the casting body can be easily inserted into the shaft end section, preferably in the case of a built-up rotor or built-up rotor shaft, and can preferably be arranged in the shaft end section via a material-locking connection and/or positive-locking connection.
  • the casting body is introduced into the shaft end section with the distal first end of the connecting element in front in a straight-line movement over a side facing away from the first opening of the shaft end section.
  • the second opening if the shaft end section is considered as such, is designed as a recess and/or slot in a wall of the shaft end section.
  • connection is preferably a material-bonded connection.
  • the material-bonded connection is preferably a welded connection.
  • the potting body is preferably designed in such a way that it cannot be guided entirely through the shaft end section beyond the first opening.
  • the potting body has, at least in sections, an external cross-section that is larger than a smallest internal cross-section.
  • the potting body has an external geometry that only allows the potting body to be introduced into the shaft end section via a side that faces away from the first opening.
  • the potting body can thus be securely fixed in position in the axial direction within the rotor, at least in the direction of the slip ring module.
  • the cast body is preferably fixed and/or positioned in the axial direction by the rotor shaft. It is conceivable that the rotor shaft is designed as a solid body.
  • the rotor shaft itself then serves as a stop for the cast body. It is also conceivable, however, that the rotor shaft is designed as a hollow shaft. In this context, it is then provided that an external cross section and/or external diameter of the cast body that borders the rotor shaft is larger than an internal diameter of the hollow shaft that is aligned and/or designed adjacent to the cast body.
  • the connecting element in order to arrange the casting body containing the connecting element in the shaft end section, the connecting element is first arranged in the shaft end section, then the casting body is introduced into the shaft end section and hardens therein. In other words, the casting body is formed "in-place". To do this, the connecting element is inserted into the shaft end section beforehand and then cast within the shaft end section. This allows a media-tight connection of the casting body to an inner side of the shaft end section in order to prevent fluid transport through the shaft end section.
  • the invention relates to a motor vehicle with the separately excited electrical machine according to the invention.
  • the motor vehicle is preferably an at least partially, preferably completely, electrically powered motor vehicle.
  • the separately excited electric machine is preferably an integral component of a traction drive of the motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a separately excited electrical machine in the region of a shaft end section of a rotor in a first embodiment
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through the separately excited electrical machine in the region of the shaft end section of the rotor in a second embodiment
  • Fig. 3 is an exploded view of the shaft end section in longitudinal section
  • Fig. 4 a motor vehicle with the separately excited electrical machine.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through an externally excited electrical machine FEM in the region of a shaft end section WEA of a rotor RO.
  • the externally excited electrical machine FEM is set up and/or designed for a traction drive TA of an at least partially electrically driven motor vehicle KFZ.
  • the separately excited electrical machine FEM has a rotor RO which encloses the rotor shaft RW.
  • a laminated core BP with at least one salient pole (not shown) is arranged in a rotationally fixed manner on an outer circumferential surface AUF the rotor shaft RW.
  • a rotor winding RW is usually wound on the salient pole.
  • a shaft end section WEA is arranged and/or formed adjacent to the rotor shaft RW.
  • the shaft end section WEA comprises a first opening EO and a second opening ZO arranged at a distance from the first opening EO in an axial direction of the rotor RO.
  • a casting body VK is arranged in the shaft end section WEA.
  • An electrically conductive connecting element VE is embedded in the casting body VK at least in sections.
  • the connecting element VE has a distal first end DEE and a distal second end DZE. In the present exemplary embodiment, the distal second end DZE is guided through the second opening ZO of the shaft end section WEA.
  • a winding wire of the rotor winding RW can thus be electrically conductively connected to the distal second end DZE.
  • the slip ring module SRM is arranged on a distal end section DE of the shaft end section WEA, which has a slip ring SR and a connecting section VA arranged on the slip ring SR.
  • the connecting section VA is electrically conductively connected to the distal first end DEE of the connecting element VE.
  • a bearing device LE is provided, which sits on an outer surface AM of the shaft end section WEA, preferably between the slip ring module SRM and the second opening ZO.
  • the bearing device LE is arranged in a housing GE of the separately excited electrical machine FEM.
  • the housing GE can be set up and/or designed as a bearing shield, intermediate wall or outer wall in the area of the bearing device LE.
  • the connecting element VE is guided through the shaft end section WEA and creates an electrically conductive connection between the slip ring SR and the distal second end DZE of the connecting element VE, which can be connected to the rotor winding RW, no grooves or recesses are required on the outer surface AM of the shaft end section WEA in the area of the bearing device LE, so that the media tightness in this area can be increased in a simple and inexpensive manner.
  • the increased media tightness can prevent a liquid cooling medium for cooling the rotor RO, in particular the rotor winding RW and/or the laminated core BP, from reaching the slip ring module SRM.
  • a shaft seal ring WDR is provided, which is arranged adjacent to the bearing device LE and seals between the housing GR and the outer surface AM.
  • the shaft seal ring WDR is on a side of the bearing device LE facing away from the slip ring module SRM. This prevents a cooling medium for cooling the laminated core BP or the rotor winding from passing through the bearing device in the direction of the slip ring module SRM.
  • the outer surface AM is designed to be uninterrupted in an area in which the shaft sealing ring sits on the shaft end section WEA. This can increase the media tightness in the area in which the bearing device LE sits on the shaft end section WEA.
  • a diameter of the shaft end section WEA in the area of the bearing device LE and the shaft seal ring WDR can have a reduced outer diameter. Due to the reduced outer diameter, the circumferential speed in the area of the shaft seal ring WDR is reduced when the rotor RO rotates about its longitudinal axis, so that wear on the shaft seal ring WDR can be reduced and the service life of the shaft seal ring WDR can be increased.
  • the second opening ZO is arranged or formed in the shaft end section WEA between the bearing device LE and the laminated core BP.
  • the connecting element VE therefore only has to be guided through the shaft end section WEA and not through the entire rotor shaft RW.
  • the connecting element VE can therefore have a reduced length, which can reduce material costs.
  • the distal first end DEE is guided through the first opening EO. In other words, the distal first end DEE projects beyond the first opening EO. It is therefore not necessary for the connecting section VA of the slip ring module SRM to project into the first opening EO in the shaft end section WEA in order to be connected in an electrically conductive manner to the distal first end DEE of the connecting element VE. In this way, the electrically conductive connection between the connecting section VA of the slip ring SRM and the distal first end DEE of the connecting element VE is not, or not significantly, hindered by the shaft end section WEA, so that the electrically conductive connection can be implemented in a simple and inexpensive manner.
  • the connecting section VA has a receiving opening ANO for receiving the distal first end DEE of the connecting element VE.
  • the distal first end DEE is straight and runs in the axial and/or longitudinal direction of the rotor RO.
  • the receiving opening ANO of the connecting section VA is designed as either an edge-closed opening and/or a loop into which the straight distal first end DEE of the connecting element VE engages when the slip ring module SRM is plugged onto the shaft end section WEA.
  • the connecting section VA and the distal first end DEE of the connecting element VE can thus be brought together in a simple and inexpensive manner in order to be connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the electrically conductive connection between the connecting section VA and the distal first end DEE of the connecting element VE is a material connection, a force-fitting connection and/or a form-fitting connection.
  • the material connection is preferably a welded connection or an electrically conductive adhesive connection.
  • the form-fitting and/or force-fitting connection can be a press-fit connection.
  • the slip ring module SRM has a slip ring carrier SRT, wherein the slip ring SR and the connecting section VA are arranged at least partially and/or in sections in the slip ring carrier SRT.
  • the slip ring module SRM can be prepared in a simple manner in order to then be plugged onto the shaft end section WEA of the rotor shaft RW. This means that the production times of the separately excited electrical machine FEM and consequently also the production costs can be reduced, since only the slip ring module SRM as such is plugged onto the shaft end section WEA and electrically connected to the connecting element VE.
  • Fig. 2 shows a longitudinal section through the shaft end section WEA of the separately excited electrical machine FEM in a second embodiment
  • Fig. 3 shows an exploded view of the shaft end section WEA in longitudinal section. Reference is made to Fig. 2 and Fig. 3 simultaneously below.
  • the casting body VK is inserted with the distal first end DEE of the connecting element VE in a straight line over a side facing away from the first opening EO of the shaft end section WEA into the Shaft end section WEA is introduced.
  • the second opening ZO if the shaft end section WEA is considered as such, is designed as a recess and/or slot in a wall WA of the shaft end section WEA.
  • connection is preferably a material-bonded connection.
  • the material-bonded connection is preferably a welded connection.
  • the casting body VK is designed in such a way that it cannot be guided in its entirety through the shaft end section WEA beyond the first opening EO.
  • the casting body VK has, at least in sections, an external cross-section that is larger than a smallest internal cross-section.
  • the casting body VK has an external geometry that only allows the casting body VK to be introduced into the shaft end section via a side that faces away from the first opening EO.
  • the casting body VK can thus be securely fixed and/or positioned in the axial direction within the rotor RO, at least in the direction of the slip ring module SRM.
  • the cast body VK is fixed and/or positioned in the axial direction by the rotor shaft RW.
  • the rotor shaft RW is designed as a solid body.
  • the rotor shaft RW itself then serves as a stop for the cast body VK.
  • the rotor shaft RW is designed as a hollow shaft. In this context, it is then provided that an external cross section and/or external diameter of the cast body VK, which is adjacent to the rotor shaft RW, is larger than an internal diameter of the hollow shaft, which is aligned adjacent to the cast body.
  • a sealing element DE is arranged between an inner surface IM of the shaft end section WEA and the casting body VK.
  • the sealing element DE is preferably designed as a ring seal, in particular as an O-ring. In this way, it can be prevented that a fluid for cooling a laminated core arranged on the rotor shaft RW BP passes through the second opening ZO and an annular gap between the casting body VK and the inner surface IM of the shaft end section WEA in the direction of the slip ring module SRM.
  • Fig. 4 shows the motor vehicle KFZ with the traction drive TA, in which the separately excited electrical machine FEM is arranged

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine fremderregte elektrische Maschine (FEM) für einen Traktionsantrieb (TA) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (KFZ), aufweisend eine Rotorwelle (RW) eines Rotors (RO), an die ein Wellenendabschnitt (WEA) angrenzt, wobei der Wellenendabschnitt (WEA) eine erste Öffnung (EO) und eine zu der ersten Öffnung (EO) in einer axialen Richtung des Rotors (RO) beabstandet angeordnete zweite Öffnung (ZO) aufweist, einem in dem Wellenendabschnitt (WEA) angeordneten Vergusskörper (VK), in dem zumindest abschnittsweise ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (VE) eingebettet ist, wobei das Verbindungselement (VE) ein distales erstes Ende (DEE) und ein distales zweites Ende (DZE) aufweist, und das distale zweite Ende (DZE) durch die zweite Öffnung (ZO) führbar ist, ein auf einem distalen Endabschnitt DE des Wellenendabschnitts (WEA) angeordnetes Schleifringmodul (SRM) mit einem Schleifring (SR) und einem an den Schleifring (SR) angeordneten Verbindungsabschnitt (VA), der elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende (DEE) des Verbindungselements (VE) verbunden ist, und eine Lagereinrichtung (LE), die auf einer äußeren Mantelfläche (AM) des Wellenendabschnitts (WEA) aufsitzt.

Description

Beschreibung
Fremderregte elektrische Maschine mit Schleifringmodul, Verfahren zur Herstellung einer fremderregten elektrischen Maschine und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine fremderregte elektrische Maschine für einen Traktionsantrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Maschine eine Rotorwelle mit einem Wellenendabschnitt aufweist. Auf dem Wellenendabschnitt ist ein Schleifringmodul aufgesteckt, dessen Schleifring elektrisch leitend mit einem durch den Wellenendabschnitt verlaufenden Verbindungselement verbunden ist. Auf einer äußeren Mantelfläche des Wellenendabschnitts ist eine Lagereinrichtung angeordnet. Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen fremderregten elektrischen Maschine. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen fremderregten elektrischen Maschine.
Fremderregte elektrische Maschinen sind grundsätzlich bekannt. Die bekannten fremderregten elektrischen Maschinen weisen in der Regel auf einem Wellenendabschnitt ein Schleifringmodul auf, das auf eine Außenseite bzw. auf eine äußere Mantelfläche des Wellenendabschnitts aufgesteckt ist. Zur Aufnahme von Verbindungselementen des Schleifringmoduls sind in der äußeren Mantelfläche in Achsrichtung des Rotors verlaufende Nuten ausgebildet. Weiterhin ist bekannt, dass eine Lagereinrichtung auf dem Wellenendabschnitt aufsitzt. Bedingt durch die Nuten in der äußeren Mantelfläche im Bereich der Lagereinrichtung sind umfangreiche Abdichtungsmaßnahmen zwischen der Lagereinrichtung und der äußeren Mantelfläche erforderlich, um zu vermeiden, dass ein Kühlmedium zur Kühlung einer Rotorwicklung an Schleifringe des Schleifringmoduls gelangt. Durch diese Abdichtmaßnahmen könne die Kosten der elektrischen Maschine erhöht sein.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine fremderregte elektrische Maschine bereitzustellen, die preiswert herstellbar ist und eine erhöhte Dichtigkeit im Bereich einer Lagereinrichtung zur Rotorwelle aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Figuren. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine fremderregte elektrische Maschine für einen Traktionsantrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Rotorwelle eines Rotors, an die ein Wellenendabschnitt angrenzt und/oder ausgebildet ist, wobei der Wellenendabschnitt eine erste Öffnung und eine zu der ersten Öffnung in einer axialen Richtung des Rotors beabstandet angeordnete zweite Öffnung aufweist, einem in dem Wellenendabschnitt angeordneten Vergusskörper, in dem zumindest abschnittsweise ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement eingebettet ist, wobei das Verbindungselement ein distales erstes Ende und ein distales zweites Ende aufweist, und das distale zweite Ende durch die zweite Öffnung führbar oder geführt ist, ein auf einem distalen Endabschnitt des Wellenendabschnitts angeordnetes Schleifringmodul mit einem Schleifring und einem an den Schleifring angeordneten Verbindungsabschnitt, der elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende des Verbindungselements verbunden ist, und eine Lagereinrichtung, die auf einer äußeren Mantelfläche des Wellendabschnitts aufsitzt und über die der Rotor in einem Gehäuse lagerbar ist.
Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass eine fremderregte elektrische Maschine für einen Traktionsantrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Die fremderregte elektrische Maschine weist einen Rotor auf, der eine Rotorwelle umfasst. Angrenzend an die Rotorwelle ist ein Wellenendabschnitt angeordnet und/oder ausgebildet. Der Wellenendabschnitt umfasst eine erste Öffnung und eine zu der ersten Öffnung in einer axialen Richtung des Rotors beabstandet angeordnete zweite Öffnung. Die erste Öffnung ist vorzugsweise co-axial zu einer Längsachse des Rotors und/oder der Rotorwelle ausgerichtet. Besonders bevorzugt ist die erste Öffnung als randgeschlossene Öffnung ausgebildet. Die zweite Öffnung ist in einer Wandung des Wellenendabschnitts ausgebildet, wenn der Wellenendabschnitt getrennt betrachtet wird, so ist die zweite Öffnung auf einer der ersten Öffnung abgewandten Seite vorzugsweise als Ausnehmung und/oder Schlitz ausgebildet und erlang erst in Kombination und/oder Verbindung mit der Rotorwelle die Ausbildung einer randgeschlossenen Öffnung. In dem Wellenendabschnitt ist ein Vergusskörper angeordnet. In dem Vergusskörper ist zumindest abschnittsweise ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement eingebettet. Das Verbindungselement weist ein distales erstes Ende und ein distales zweites Ende auf. das distale zweite Ende ist durch die zweite Öffnung führbar oder vorzugsweise geführt. Somit kann ein Wicklungsdraht einer Rotorwicklung des Rotors in einfacher Weise mit dem zweiten Ende des Verbindungselements elektrisch leitend verbunden werden. Auf einem distalen Endabschnitt des Wellenendabschnitts ist ein Schleifringmodul angeordnet, das einen Schleifring und einen an den Schleifring angeordneten Verbindungsabschnitt aufweist. Der Verbindungsabschnitt ist elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende des Verbindungselements verbunden. Weiterhin ist eine Lagereinrichtung vorgesehen, die auf einer äußeren Mantelfläche des Wellenendabschnitts, vorzugsweise zwischen dem Schleifringmodul und der zweiten Öffnung aufsitzt. Bedingt dadurch, dass das Verbindungselement durch den Wellenendabschnitt geführt ist und eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Schleifring und dem distalen zweiten Ende des Verbindungselements herstellt, welches mit der Rotorwicklung verbunden werden kann, bedarf es vorzugsweise keiner Nuten oder Ausnehmungen auf der äußeren Mantelfläche des Wellenendabschnitts im Bereich der Lagereinrichtung, so dass die Mediendichtigkeit in diesem Bereich in einfacher und preiswerter Weise erhöht werden kann. Somit kann verhindert werden, dass ein Kühlmedium zur Kühlung eines auf der Rotorwelle angeordneten Blechpakets im Bereich der Lagereinrichtung in Richtung Schleifringmodul gelangt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass angrenzend an die Lagereinrichtung ein Wellendichtring angeordnet ist. Denkbar ist somit, dass der Wellendichtring auf einer dem Schleifringmodul zugewandten Seite der Lagereinrichtung und/oder auf einer dem Schleifringmodul abgewandten Seite der Lagereinrichtung angeordnet ist. Wenn die Lagereinrichtung selbstschmierend ausgebildet ist, also mit anderen Worten ein Schmiermittel, insbesondere ein Fett, aufweist, so ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wellendichtring auf einer dem Schleifringmodul abgewandten Seite angeordnet ist. Somit kann vermieden werden, dass Fluide, insbesondere ein Kühlmedium zur Kühlung eines auf der Rotorwelle angeordneten Blechpakets, in die Lagereinrichtung eindringt und über die Lagereinrichtung in Richtung Schleifringmodul gelangt. Denkbar ist ebenso, dass der Wellendichtring auf einer dem Schleifringmodul zugewandten Seite angeordnet ist. Diese Anordnung ist bevorzugt vorgesehen, wenn eine Schmierung der Lagereinrichtung über das Kühlmittel zur Kühlung des auf der Rotorwelle angeordneten Blechpakets erfolgen soll. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die äußere Mantelfläche in einem Bereich, in dem der Wellendichtring auf dem Wellenendabschnitt aufsitzt und/oder gegen diesen abdichtet, unterbrechungsfrei ausgebildet ist. Mit anderen Worten sind in dem Bereich, in dem der Wellendichtring auf der äußeren Mantelfläche aufsitzt, keine Nuten oder Rillen ausgebildet, die sich in axialer Richtung des Rotors über eine Breite des Wellendichtrings - bezogen auf die axiale Richtung des Rotors bzw. des Wellenendabschnitts - erstrecken. Somit kann die Mediendichtigkeit im Bereich der Wellendichtung und somit auch der Lagereinrichtung in einfacher und preiswerter Weise erhöht sein.
Überdies kann, bedingt dadurch, dass das Verbindungselement durch den Wellenendabschnitt geführt ist, ein Durchmesser des Wellenendabschnitts im Bereich der Lagereinrichtung und der Wellendichtrings einen reduzierten Außendurchmesser aufweisen. Durch den reduzierten Außendurchmesser ist bei einer Rotation des Rotors um dessen Längsachse die Umfangsgeschwindigkeit im Bereich des Wellendichtrings reduziert, so dass ein Verschleiß des Wellendichtrings reduziert und somit die Langlebigkeit des Wellendichtrings erhöht werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Vergusskörper im Wellenendabschnitt in Längsrichtung des Rotors stoffschlüssig und/oder formschlüssig fixiert ist. Die formschlüssige Fixierung sieht vor, dass der Vergusskörper so ausgebildet ist, dass dieser durch eine Innengeometrie des Wellenendabschnitts einerseits und die Rotorwelle andererseits in dem Wellenendabschnitt in Längsrichtung des Rotors gehalten ist.
Denkbar ist, dass der Vergusskörper einen Abschnitt aufweist, in dem ein maximaler Außendurchmesser oder Außenquerschnitt größer ist als ein kleinster Innendurchmesser des Wellenendabschnitts. Auf diese Weise kann eine Lagefixierung des Vergusskörpers in Richtung Schleifringmodul ermöglicht werden.
Der Vergusskörper ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Besonders bevorzugt kann der Vergusskörper aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet sein oder einen Kunststoff aufweisen. Ein derartiger Vergusskörper ist preiswert herstellbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen einer inneren Mantelfläche des Wellenendabschnitts und dem Vergusskörper ein Dichtelement angeordnet ist. Das Dichtelement ist vorzugsweise als Ringdichtung, insbesondere als O-Ring, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Dichtelement aus einem dauerelastischen Material ausgebildet. Über das Dichtelement kann verhindert werden, dass ein Fluid zur Kühlung eines auf der Rotorwelle angeordneten Blechpakets über die zweite Öffnung und einen Ringspalt zwischen dem Vergusskörper und der inneren Mantelfläche des Wellenendabschnitts in Richtung Schleifringmodul gelangt.
Denkbar ist, dass das distale erste Ende nicht durch die erste Öffnung geführt ist, sondern zurückspringend zur ersten Öffnung ausgebildet ist. Dies bedingt dann, dass der Verbindungsabschnitt des Schleifringmoduls durch die erste Öffnung in den Wellenendabschnitt hineinragt, um elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende des Verbindungselements verbunden zu werden. Dies kann vorteilhaft für den axialen Bauraum des Rotors bzw. der fremderregten elektrischen Maschine sein.
Alternativ dazu sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das distale erste Ende durch die erste Öffnung geführt ist. Anders ausgedrückt ragt das distale erste Ende über die erste Öffnung. Somit ist es nicht erforderlich, dass der Verbindungsabschnitt des Schleifringmoduls in die erste Öffnung in den Wellenendabschnitt hineinragt, um elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende des Verbindungselements verbunden zu werden. Auf diese Weise wird die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt des Schleifrings und dem distalen ersten Ende des Verbindungselements nicht oder nicht nennenswert durch den Wellenendabschnitt behindert, so dass die elektrisch leitfähige Verbindung in einfacher und preiswerter Weise ausgeführt werden kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Verbindungsabschnitt eine Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des distalen ersten Endes des Verbindungselements aufweist. Anders ausgedrückt ist das distale erste Ende vorzugsweise geradlinig ausgebildet und verläuft in Achs- und/oder Längsrichtung des Rotors. Die Aufnahmeöffnung des Verbindungsabschnitts ist als entweder als randgeschlossene Öffnung und/oder Schlaufe ausgebildet, in die das geradlinig ausgebildete distale erste Ende des Verbindungselements beim Aufstecken des Schleifringmoduls auf den Wellenendabschnitt eingreift. Somit können der Verbindungsabschnitt und das distale erste Ende des Verbindungselements in einfacher und preiswerter Weise zusammengeführt werden, um elektrisch leitend miteinander verbunden zu werden. Die Aufnahmeöffnung kann einstückig in dem Verbindungselement ausgebildet sein. Denkbar ist jedoch auch, dass ein die Aufnahmeöffnung aufweisender Polschuh auf den Verbindungsabschnitt aufgesteckt ist, und das distale erste Ende in die Aufnahmeöffnung des Polschuhs eingreift.
Alternativ zur der Aufnahmeöffnung im Verbindungsabschnitt kann vorgesehen sein, dass der Verbindungsabschnitt und das distale erste Ende des Verbindungselements in Bereich der elektrisch leitenden Verbindung zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen, und die parallel zueinander verlaufenden Bereiche des Verbindungselements und des Verbindungsabschnitts vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die parallel zueinander verlaufenden Bereiche verlaufen vorzugsweise in einer Längsrichtung des Wellenendabschnitts.
Die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem distalen ersten Ende des Verbindungselements ist eine stoffschlüssige Verbindung, eine kraftschlüssige Verbindung und/oder eine formschlüssige Verbindung. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Schweißverbindung oder eine elektrisch leitfähige Klebeverbindung. Die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung kann eine Pressfit-Verbindung sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schleifringmodul einen Schleifringträger aufweist, wobei in dem Schleifringträger der Schleifring und der Verbindungsabschnitt zumindest teilweise und/oder abschnittsweise angeordnet sind. Auf diese Weise kann in einfacher Weise das Schleifringmodul vorbereitet werden, um dann anschließend auf den Wellenendabschnitt der Rotorwelle aufgesteckt zu werden. Somit können die Herstellungszeiten der fremderregten elektrischen Maschine und folglich auch die Herstellungskosten reduziert werden, da lediglich das Schleifringmodul als solches auf den Wellenendabschnitt aufgesteckt und elektrisch leitend mit dem Verbindungselement verbunden wird.
Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Schleifringmodul auf dem Wellenendabschnitt aufgesteckt ist, und der Schleifring des Schleifringmoduls in radialer Richtung zur äußeren Mantelfläche des Wellenendabschnitts beabstandet angeordnet ist. Somit kann der Bauraum der fremderregten elektrischen Maschine in axialer Richtung reduziert sein. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen fremderregten elektrischen Maschine, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Wellenendabschnitt,
- Anordnung eines den Verbindungsabschnitts aufweisenden Vergusskörpers in dem Wellenendabschnitt,
- Verbinden des Wellenendabschnitts mit der Rotorwelle,
- Lagerung der Rotorwelle über eine Lagereinrichtung in einem Gehäuse,
- Anordnung eines Schleifringmoduls auf einem distalen Endabschnitt des Wellenendabschnitts.
Mit anderen Worten ist gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors bereitgestellt wird. Dies Verfahren umfasst zumindest die Schritte, dass ein Wellenendabschnitt bereitgestellt wird. In den Wellenendabschnitt wird ein Vergusskörper angeordnet, in dem das Verbindungselement angeordnet ist. Auf diese Weise wird das Verbindungselement innerhalb des Wellenendabschnitts geführt. Nachdem der Vergusskörper in dem Wellenendabschnitt angeordnet wurde, wird der Wellenendabschnitt mit der Rotorwelle verbunden. Die Rotorwelle kann, jedoch nicht darauf beschränkt, als Hohlwelle ausgebildet sein. Denkbar ist ebenso, dass die Rotorwelle einen Vollquerschnitt aufweist. Die Rotorwelle wird über eine Lagereinrichtung in einem Gehäuse gelagert. Das Lager kann als Wälzlager ausgebildet sein. Das Gehäuse kann eine Gehäusewandung oder ein Lagerschild des Gehäuses der fremderregten elektrischen Maschine sein. Weiterhin ist vorgesehen, dass auf einen distalen Endabschnitt des Wellenendabschnitts das Schleifringmodul angeordnet, insbesondere aufgesteckt, wird. Das Aufstecken erfolgt vorzugsweise in axialer Richtung des Rotors bzw. der Rotorwelle. Je nach Außenmesser des Schleifringmoduls kann vorgesehen sein, dass das Schleifringmodul nach der Anordnung und/oder Lagerung des Rotors über die Lagereinrichtung in dem Gehäuse auf den distalen Endabschnitt des Wellenendabschnitts angeordnet wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Schleifringmodul auf den distalen Endabschnitt des Wellenendabschnitts aufgesteckt und im Nachgang der gesamte Rotor nebst dem auf dem Wellenendabschnitt aufgesteckten Schleifringmodul in dem Gehäuse über die Lagereinrichtung gelagert wird. Auf diese Weise wird ein Verfahren bereitgestellt, mit dem in einfacher und preiswerter Weise ein Rotor innerhalb eines Gehäuses angeordnet werden kann, und eine erhöhte Mediendichtigkeit im Bereich des Gehäuses bzw. des Lagersitzes erzielt werden kann. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass angrenzend und/oder beabstandet zur Lagereinrichtung ein Wellendichtring angeordnet wird, der gegen das Gehäuses einerseits und den Wellenendabschnitt andererseits abdichtet.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Anordnung des das Verbindungselement aufweisenden Vergusskörpers in dem Wellenendabschnitt ein separat, das Verbindungselement aufweisender Vergusskörper außerhalb der Hohlwelle hergestellt und in den Wellenendabschnitt unverlierbar angeordnet wird. Auf diese Weise kann der Vergusskörper, vorzugsweise bei einem gebauten Rotor bzw. gebauten Rotorwelle in einfacher Weise in den Wellenendabschnitt eingesteckt und vorzugsweise über eine stoffschlüssige Verbindung und/oder formschlüssige Verbindung in dem Wellenendabschnitt angeordnet werden.
Bei der formschlüssigen Verbindung des Vergusskörpers in dem Wellenendabschnitt ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Vergusskörper mit dem distalen ersten Ende des Verbindungselements voran in einer geradlinigen Bewegung über eine von der ersten Öffnung des Wellenendabschnitts abgewandten Seite in den Wellenendabschnitt eingeführt wird. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Öffnung, wenn der Wellenendabschnitt als solches betrachtet wird, als Ausnehmung und/oder Schlitz in einer Wandung des Wellenendabschnitts ausgebildet ist. Somit kann durch das Einführen des Vergusskörpers in den Wellenendabschnitt das distale zweite Ende des Verbindungselements in einfacher Weise durch die zweite Öffnung geführt werden.
Nachdem der Vergusskörper in dem Wellenendabschnitt eingeführt wurde, werden die Rotorwelle und der Wellenendabschnitt miteinander verbunden. Die Verbindung ist vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Schweißverbindung.
Der Vergusskörper ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser nicht in Gänze durch den Wellenendabschnitt über die erste Öffnung hinausgeführt werden kann. Anders ausgedrückt weist der Vergussköper zumindest abschnittsweise einen Außenquerschnitt auf, der größer ist als ein kleinster Innenquerschnitt. Nochmals anders ausgedrückt, weist der Vergusskörper eine Außengeometrie auf, die es ausschließlich erlaubt, dass der Vergusskörper über eine Seite in den Wellenendabschnitt eingeführt werden kann, die der ersten Öffnung abgewandt ist. Somit kann der Vergusskörper zumindest in Richtung Schleifringmodul in axialer Richtung innerhalb des Rotors lagesicher fixiert sein. In Richtung Rotorwelle wird der Vergusskörper vorzugsweise durch die Rotorwelle in axialer Richtung fixiert und/oder positioniert. Denkbar ist, dass die Rotorwelle als Vollkörper ausgebildet ist. Dann dient die Rotorwelle selbst als Anschlag für den Vergusskörper. Vorstellbar ist aber auch, dass die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist dann vorgesehen, dass ein Außenquerschnitt und/oder Außendurchmesser des Vergusskörpers, der an die Rotorwelle angrenzt, größer ist als ein Innendurchmesser der Hohlwelle, der angrenzend zum Vergusskörper ausgerichtet und/oder ausgebildet ist.
Alternativ ist denkbar, dass zur Anordnung des das Verbindungselement aufweisenden Vergusskörpers in dem Wellenendabschnitt zunächst das Verbindungselement in dem Wellenendabschnitt angeordnet wird, im Nachgang der Vergusskörper in den Wellenendabschnitt eingebracht wird und in diesem aushärtet. Mit anderen Worten wird der Vergusskörper „in-place“ also an Ort und Stelle ausgebildet. Hierzu wird im Vorfeld das Verbindungselement in dem Wellenendabschnitt eingelegt und im Anschluss innerhalb des Wellenendabschnitts vergossen. Somit kann eine mediendichte Anbindung des Vergusskörpers an eine Innenseite des Wellenendabschnitts erfolgen, um einen Fluidtransport durch den Wellenendabschnitt zu unterbinden.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen fremderregten elektrischen Maschine.
Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
Die fremderregte elektrische Maschine ist vorzugsweise integraler Bestandteil eines Traktionsantriebs des Kraftfahrzeugs.
Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale der fremderregten elektrischen Maschine gleichermaßen für das Verfahren zur Herstellung der fremderregten elektrischen Maschine und für das Kraftfahrzeug gelten. Dies gilt auch umgekehrt. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In diesen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine fremderregte elektrische Maschine im Bereich eines Wellenendabschnitts eines Rotors in einer ersten Ausgestaltung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die fremderregte elektrische Maschine im Bereich des Wellenendabschnitts des Rotors in einer zweiten Ausgestaltung;
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des Wellenendabschnitts im Längsschnitt;
Fig. 4 ein Kraftfahrzeug mit der fremderregten elektrischen Maschine.
In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine fremderregte elektrische Maschine FEM im Bereich eines Wellenendabschnitts WEA eines Rotors RO dargestellt. Die fremderregte elektrische Maschine FEM ist für einen Traktionsantrieb TA eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs KFZ eingerichtet und/oder ausgebildet.
Die fremderregte elektrische Maschine FEM weist einen Rotor RO auf, der die Rotorwelle RW umfasst. Auf einer äußeren Umfangsfläche AUF der Rotorwelle RW ist ein Blechpaket BP mit wenigstens einem ausgeprägten Pol (nicht dargestellt) drehfest angeordnet. Auf dem ausgeprägten Pol ist für gewöhnlich eine Rotorwicklung RW aufgewickelt.
Angrenzend an die Rotorwelle RW ist ein Wellenendabschnitt WEA angeordnet und/oder ausgebildet. Der Wellenendabschnitt WEA umfasst eine erste Öffnung EO und eine zu der ersten Öffnung EO in einer axialen Richtung des Rotors RO beabstandet angeordnete zweite Öffnung ZO. In dem Wellenendabschnitt WEA ist ein Vergusskörper VK angeordnet. In dem Vergusskörper VK ist zumindest abschnittsweise ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement VE eingebettet. Das Verbindungselement VE weist ein distales erstes Ende DEE und ein distales zweites Ende DZE auf. Das distale zweite Ende DZE ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die zweite Öffnung ZO des Wellenendabschnitts WEA geführt. Somit kann ein Wicklungsdraht der Rotorwicklung RW mit dem distalen zweiten Ende DZE elektrisch leitend verbunden werden.
Auf einem distalen Endabschnitt DE des Wellenendabschnitts WEA ist das Schleifringmodul SRM angeordnet, das einen Schleifring SR und einen an den Schleifring SR angeordneten Verbindungsabschnitt VA aufweist. Der Verbindungsabschnitt VA ist elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende DEE des Verbindungselements VE verbunden.
Weiterhin ist eine Lagereinrichtung LE vorgesehen, die auf einer äußeren Mantelfläche AM des Wellenendabschnitts WEA, vorzugsweise zwischen dem Schleifringmodul SRM und der zweiten Öffnung ZO aufsitzt. Die Lagereinrichtung LE ist in einem Gehäuse GE der fremderregten elektrischen Maschine FEM angeordnet. Das Gehäuse GE kann im Bereich der Lagereinrichtung LE als Lagerschild, Zwischenwand oder Außenwand eingerichtet und/oder ausgebildet sein.
Bedingt dadurch, dass das Verbindungselement VE durch den Wellenendabschnitt WEA geführt ist und eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Schleifring SR und dem distalen zweiten Ende DZE des Verbindungselements VE herstellt, welches mit der Rotorwicklung RW verbunden werden kann, bedarf es keiner Nuten oder Ausnehmungen auf der äußeren Mantelfläche AM des Wellenendabschnitts WEA im Bereich der Lagereinrichtung LE, so dass die Mediendichtigkeit in diesem Bereich in einfacher und preiswerter Weise erhöht werden kann. Durch die erhöhte Mediendichtigkeit kann verhindert werden, dass ein flüssiges Kühlmedium zur Kühlung des Rotors RO, insbesondere der Rotorwicklung RW und/oder des Blechpakets BP, in Richtung Schleifringmodul SRM gelangt.
Zudem ist ein Wellendichtring WDR vorgesehen, der angrenzend an die Lagereinrichtung LE angeordnet ist und zwischen dem Gehäuse GR und der äußeren Mantelfläche AM abdichtet. Vorliegend ist der Wellendichtring WDR auf einer dem Schleifringmodul SRM abgewandten Seite der Lagereinrichtung LE angeordnet. Somit kann vermieden werden, dass ein Kühlmedium zur Kühlung des Blechpakets BP oder der Rotorwicklung durch die Lagereinrichtung in Richtung Schleifringmodul SRM gelangt.
Vorzugsweise ist die äußere Mantelfläche AM in einem Bereich, in dem der Wellendichtring auf dem Wellenendabschnitt WEA aufsitzt, unterbrechungsfrei ausgebildet. Dies kann die Mediendichtigkeit in dem Bereich, in dem die Lagereinrichtung LE auf dem Wellenendabschnitt WEA aufsitzt erhöhen.
Überdies kann, bedingt dadurch, dass das Verbindungselement VE durch den Wellenendabschnitt WEA geführt ist, ein Durchmesser des Wellenendabschnitts WEA im Bereich der Lagereinrichtung LE und des Wellendichtrings WDR einen reduzierten Außendurchmesser aufweisen. Durch den reduzierten Außendurchmesser ist bei einer Rotation des Rotors RO um dessen Längsachse die Umfangsgeschwindigkeit im Bereich des Wellendichtrings WDR reduziert, so dass ein Verschleiß des Wellendichtrings WDR reduziert und somit eine Langlebigkeit des Wellendichtrings WDR erhöht werden kann.
Die zweite Öffnung ZO ist im Wellenendabschnitt WEA zwischen der Lagereinrichtung LE und dem Blechpaket BP angeordnet bzw. ausgebildet. Somit muss das Verbindungselement VE lediglich durch den Wellenendabschnitt WEA und nicht durch die gesamte Rotorwelle RW geführt werden. Somit kann das Verbindungselement VE eine reduzierte Länge aufweisen, wodurch die Materialkosten reduziert werden können.
Das distale erste Ende DEE ist durch die erste Öffnung EO geführt. Anders ausgedrückt ragt das distale erste Ende DEE über die erste Öffnung EO. Somit ist es nicht erforderlich, dass der Verbindungsabschnitt VA des Schleifringmoduls SRM in die erste Öffnung EO in den Wellenendabschnitt WEA hineinragt, um elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende DEE des Verbindungselements VE verbunden zu werden. Auf diese Weise wird die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt VA des Schleifrings SRM und dem distalen ersten Ende DEE des Verbindungselements VE nicht oder nicht nennenswert durch den Wellenendabschnitt WEA behindert, so dass die elektrisch leitfähige Verbindung in einfacher und preiswerter Weise ausgeführt werden kann. Der Verbindungsabschnitt VA weist eine Aufnahmeöffnung ANO zur Aufnahme des distalen ersten Endes DEE des Verbindungselements VE auf. Anders ausgedrückt ist das distale erste Ende DEE geradlinig ausgebildet und verläuft in Achs- und/oder Längsrichtung des Rotors RO. Die Aufnahmeöffnung ANO des Verbindungsabschnitts VA ist als entweder als randgeschlossene Öffnung und/oder Schlaufe ausgebildet, in die das geradlinig ausgebildete distale erste Ende DEE des Verbindungselements VE beim Aufstecken des Schleifringmoduls SRM auf den Wellenendabschnitt WEA eingreift. Somit können der Verbindungsabschnitt VA und das distale erste Ende DEE des Verbindungselements VE in einfacher und preiswerter Weise zusammengeführt werden, um elektrisch leitend miteinander verbunden zu werden.
Die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt VA und dem distalen ersten Ende DEE des Verbindungselements VE ist eine stoffschlüssige Verbindung, eine kraftschlüssige Verbindung und/oder eine formschlüssige Verbindung. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Schweißverbindung oder ein elektrisch leitfähige Klebeverbindung. Die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung kann eine Pressfit-Verbindung sein.
Das Schleifringmodul SRM weist einen Schleifringträger SRT auf, wobei in dem Schleifringträger SRT der Schleifring SR und der Verbindungsabschnitt VA zumindest teilweise und/oder abschnittsweise angeordnet sind. Auf diese Weise kann in einfacher Weise das Schleifringmodul SRM vorbereitet werden, um dann anschließend auf den Wellenendabschnitt WEA der Rotorwelle RW aufgesteckt zu werden. Somit können die Herstellungszeiten der fremderregten elektrischen Maschine FEM und folglich auch die Herstellungskosten reduziert werden, da lediglich das Schleifringmodul SRM als solches auf den Wellenendabschnitt WEA aufgesteckt und elektrisch leitend mit dem Verbindungselement VE verbunden wird.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Wellenendabschnitt WEA der fremderregten elektrischen Maschine FEM in einer zweiten Ausgestaltung und die Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung des Wellenendabschnitts WEA im Längsschnitt. Nachstehend wird auf die Fig. 2 und Fig 3 gleichzeitig Bezug genommen.
Der Vergusskörper VK ist mit dem distalen ersten Ende DEE des Verbindungselements VE voran in einer geradlinigen Bewegung über eine von der ersten Öffnung EO des Wellenendabschnitts WEA abgewandten Seite in den Wellenendabschnitt WEA eingeführt. Die zweite Öffnung ZO ist, wenn der Wellenendabschnitt WEA als solches betrachtet wird, als Ausnehmung und/oder Schlitz in einer Wandung WA des Wellenendabschnitts WEA ausgebildet. Somit kann durch das Einführen des Vergusskörpers VK in den Wellenendabschnitt WEA das distale zweite Ende DZE des Verbindungselements VE in einfacher Weise durch die zweite Öffnung ZO geführt werden.
Nachdem der Vergusskörper VK in dem Wellenendabschnitt WEA eingeführt wurde, werden die Rotorwelle RW und der Wellenendabschnitt WEA miteinander verbunden. Die Verbindung ist vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Schweißverbindung.
Der Vergusskörper VK ist derart ausgebildet, dass dieser nicht in Gänze durch den Wellenendabschnitt WEA über die erste Öffnung EO hinausgeführt werden kann. Anders ausgedrückt weist der Vergussköper VK zumindest abschnittsweise einen Außenquerschnitt auf, der größer ist als ein kleinster Innenquerschnitt. Nochmals anders ausgedrückt, weist der Vergusskörper VK eine Außengeometrie auf, die es ausschließlich erlaubt, dass der Vergusskörper VK über eine Seite in den Wellenendabschnitt eingeführt werden kann, die der ersten Öffnung EO abgewandt ist. Somit kann der Vergusskörper VK zumindest in Richtung Schleifringmodul SRM in axialer Richtung innerhalb des Rotors RO lagesicher fixiert und/oder positioniert sein.
In Richtung Rotorwelle RWwird der Vergusskörper VK durch die Rotorwelle RW in axialer Richtung fixiert und/oder positioniert. Denkbar ist, dass die Rotorwelle RW, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, als Vollkörper ausgebildet ist. Dann dient die Rotorwelle RW selbst als Anschlag für den Vergusskörper VK. Vorstellbar ist aber auch, dass die Rotorwelle RW als Hohlwelle ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist dann vorgesehen, dass ein Außenquerschnitt und/oder Außendurchmesser des Vergusskörpers VK, der an die Rotorwelle RW angrenzt, größer ist als ein Innendurchmesser der Hohlwelle, der angrenzend zum Vergusskörper ausgerichtet ist.
Weiterhin ist ersichtlich, dass zwischen einer inneren Mantelfläche IM des Wellenendabschnitts WEA und dem Vergusskörper VK ein Dichtelement DE angeordnet ist. Das Dichtelement DE ist vorzugsweise als Ringdichtung, insbesondere als O-Ring, ausgebildet. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein Fluid zur Kühlung eines auf der Rotorwelle RW angeordneten Blechpakets BP über die zweite Öffnung ZO und einen Ringspalt zwischen dem Vergusskörper VK und der inneren Mantelfläche IM des Wellenendabschnitts WEA in Richtung Schleifringmodul SRM gelangt. Fig. 4 zeigt das Kraftfahrzeug KFZ mit dem Traktionsantrieb TA, in dem die fremderregte elektrische Maschine FEM angeordnet ist

Claims

Patentansprüche
1 . Fremderregte elektrische Maschine (FEM) für einen Traktionsantrieb (TA) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (KFZ), aufweisend eine Rotorwelle (RW) eines Rotors (RO), an die ein Wellenendabschnitt (WEA) angrenzt, wobei der Wellenendabschnitt (WEA) eine erste Öffnung (EO) und eine zu der ersten Öffnung (EO) in einer axialen Richtung des Rotors (RO) beabstandet angeordnete zweite Öffnung (ZO) aufweist, einem in dem Wellenendabschnitt (WEA) angeordneten Vergusskörper (VK), in dem zumindest abschnittsweise ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (VE) eingebettet ist, wobei das Verbindungselement (VE) ein distales erstes Ende (DEE) und ein distales zweites Ende (DZE) aufweist, und das distale zweite Ende (DZE) durch die zweite Öffnung (ZO) führbar ist, ein auf einem distalen Endabschnitt DE des Wellenendabschnitts (WEA) angeordnetes Schleifringmodul (SRM) mit einem Schleifring (SR) und einem an den Schleifring (SR) angeordneten Verbindungsabschnitt (VA), der elektrisch leitfähig mit dem distalen ersten Ende (DEE) des Verbindungselements (VE) verbunden ist, und eine Lagereinrichtung (LE), die auf einer äußeren Mantelfläche (AM) des Wellenendabschnitts (WEA) aufsitzt.
2. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an die Lagereinrichtung (LE) ein Wellendichtring (WDR) angeordnet ist.
3. Fremderregte elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Mantelfläche (AM) in einem Bereich, in dem der Wellendichtring (WDR) auf dem Wellenendabschnitt (WEA) aufsitzt, unterbrechungsfrei ausgebildet ist.
4. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergusskörper (VK) im Wellenendabschnitt (WEA) in Längsrichtung des Rotors (RO) formschlüssig fixiert ist.
5. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass der Vergusskörper (VK) einen Abschnitt aufweist, in dem ein maximaler Außendurchmesser oder Außenquerschnitt größer ist als ein kleinster Innendurchmesser des Wellenendabschnitts WEA.
6. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass zwischen einer inneren Mantelfläche (IM) des Wellenendabschnitts (WEA) und dem Vergusskörper (VK) ein Dichtelement (DE) angeordnet ist.
7. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das distale erste Ende (DEE) des Verbindungselements (VE) durch die erste Öffnung (EO) geführt ist.
8. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (VA) eine Aufnahmeöffnung (ANO) zur Aufnahme des distalen ersten Endes (DEE) des Verbindungselements (VE) aufweist.
9. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifringmodul (SRM) einen Schleifringträger (SRT) aufweist, wobei in dem Schleifringträger (SRT) der Schleifring (SR) und der Verbindungsabschnitt (VA) zumindest teilweise und/oder abschnittsweise angeordnet sind.
10. Fremderregte elektrische Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifringmodul (SRM) auf dem Wellenendabschnitt (WEA) aufgesteckt ist, und der Schleifring (SR) des Schleifringmoduls (SRM) in radialer Richtung zur äußeren Mantelfläche (AM) des Wellenendabschnitts (WEA) beabstandet angeordnet ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer fremderregten elektrischen Maschine (FEM) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Wellenendabschnitts,
- Anordnung eines ein Verbindungselement (VE) aufweisenden Vergusskörpers (VK) in dem Wellenendabschnitt (WEA),
- Verbinden des Wellenendabschnitts mit der Rotorwelle,
- Lagerung der Rotorwelle (RW) über eine Lagereinrichtung (LE) in einem Gehäuse (GE),
- Anordnung eines Schleifringmoduls (SRM) auf einem distalen Endabschnitt (DE) des Wellenendabschnitts (WEA).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Anordnung des das Verbindungselement (VE) aufweisenden Vergusskörpers (VK) in dem Wellenendabschnitt (WEA) ein separat, das Verbindungselement (VE) aufweisender Vergusskörper (VK) außerhalb der Rotorwelle (RW) hergestellt und in den Wellenendabschnitt (WEA) unverlierbar angeordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Anordnung des das Verbindungselement (VE) aufweisenden Vergusskörpers (VK) in dem Wellenendabschnitt (WEA) zunächst das Verbindungselement (VE) in dem Wellenendabschnitt (WEA) angeordnet wird, im Nachgang der Vergusskörper (VK) in den Wellenendabschnitt (WEA) eingebracht wird und in diesem aushärtet.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Anordnung des Vergusskörpers in dem Wellenendabschnitt der Wellenendabschnitt mit der Rotorwelle verbunden wird.
15. Kraftfahrzeug (KFZ) mit einer fremderregten elektrischen Maschine (FEM) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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