WO2025252279A1 - Kontaktlose energieübertragungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer kontaktlosen energieübertragungsvorrichtung - Google Patents

Kontaktlose energieübertragungsvorrichtung und verfahren zur herstellung einer kontaktlosen energieübertragungsvorrichtung

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WO2025252279A1
WO2025252279A1 PCT/DE2025/100491 DE2025100491W WO2025252279A1 WO 2025252279 A1 WO2025252279 A1 WO 2025252279A1 DE 2025100491 W DE2025100491 W DE 2025100491W WO 2025252279 A1 WO2025252279 A1 WO 2025252279A1
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WO
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primary
winding
transmission device
insulation
elements
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PCT/DE2025/100491
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alain Rusch
Axel Brenzinger
Thomas Hurle
Markus Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • H02K11/042—Rectifiers associated with rotating parts, e.g. rotor cores or rotary shafts
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
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    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices

Definitions

  • the present invention relates to a contactless energy transmission device for a rotor of an electric machine, in particular a separately excited synchronous machine within a drive train of a motor vehicle, comprising an inductive transformer having a currentable primary winding and a spaced-apart and coaxially arranged secondary winding, which in turn can be electrically coupled to a winding of the rotor, wherein the primary winding and the secondary winding are each designed as foil windings.
  • the invention further relates to a method for manufacturing a contactless energy transmission device.
  • Electric motors are increasingly being used for propulsion in motor vehicles to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels.
  • Considerable efforts have already been made to improve the everyday usability of electric drives and to offer users the familiar driving comfort.
  • hybrid powertrains In addition to purely electric powertrains, hybrid powertrains are also known. Such powertrains in hybrid vehicles typically comprise a combination of an internal combustion engine and an electric motor, enabling – for example, in urban areas – purely electric operation while simultaneously providing sufficient range and availability, especially on long-distance journeys. Furthermore, it is possible to use both the internal combustion engine and the electric motor simultaneously in certain operating situations.
  • the electric machines are designed as separately excited synchronous machines (FSMs).
  • FSMs separately excited synchronous machines
  • electrical power must be transferred to the rotor of a separately excited synchronous machine to excite the rotor windings.
  • a contact-based transformer is typically used for this purpose. When these windings are energized, a magnetic field is generated, which, in combination with the magnetic field of the stator, produces a torque.
  • the strength of the rotor field can be adjusted by changing the current strength. This allows the machine's performance to be continuously optimized for efficiency in the respective driving situation.
  • An inductive transformer is typically a rotationally symmetrical transformer with an air gap, consisting of a primary and a secondary winding.
  • An inductive transformer usually also has a core, for example made of ferrite. Such a core can be made of one or more parts.
  • all parts of the core can be attached to the stationary side of an electric machine, with the secondary winding rotating within the core.
  • core parts can be attached to the rotating part of the machine.
  • the primary and secondary core parts are separated by an air gap. This gap must be large enough to ensure that the core parts do not touch, taking all tolerances and operating conditions into account.
  • the rotating transformer parts are often fitted with a bandage or integrated into another component to support them at higher speeds. An example of such a design can be found in DE 10 2017 214 776 A1 or in DE201210201826 A1.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages known from the prior art and to provide an optimized contactless energy transfer device for a rotor of an electric machine, in particular a separately excited synchronous machine within a drive train of a motor vehicle. It is also an object of the invention to implement an improved method for manufacturing a contactless energy transfer device.
  • a contactless energy transmission device for a rotor of an electric machine in particular a separately excited synchronous machine within a drive train of a motor vehicle, comprising an inductive transformer which has a currentable primary winding and a spaced-apart and coaxially arranged secondary winding which in turn can be electrically coupled to a winding of the rotor, wherein the primary winding and the secondary winding are each designed as foil windings, wherein the primary winding has a first annular primary insulating element on a first end face of the energy transmission device and a second annular primary insulating element on a second end face of the energy transmission device, which are configured such that the primary winding is insulated from primary flux-conducting elements by means of the primary insulating elements, and the secondary winding has a first annular secondary insulating element on the first end face of the energy transmission device and a second annular secondary insulating element on the second end face of the energy transmission device, which are configured such that the secondary winding is insulated
  • This energy transfer device offers the advantage that the primary and secondary windings are insulated by ring-shaped insulating elements at the end faces of the device. This significantly improves the high-voltage insulation between the windings and the flux guide elements. Furthermore, the coaxial arrangement and the foil winding improve the mechanical stability. Improved winding support increases the overall stability and strength of the power transmission device. This is particularly important for reliable operation in a motor vehicle's powertrain.
  • foil windings in conjunction with the ring-shaped insulating elements on both end faces achieves improved mechanical support. This contributes to the structural integrity of the windings by stabilizing their position and reducing vibrations. A stable winding is less susceptible to mechanical damage and deformation, which extends the service life and reliability of the power transmission device.
  • the coaxial arrangement of the primary and secondary windings as foil windings also enables effective heat dissipation.
  • the large surface area of the foil windings promotes the release of heat generated by the energy transfer process.
  • the ring-shaped insulation elements also contribute to heat dissipation by acting as heat sinks. This prevents overheating of the windings and improves the thermal stability of the device, which in turn contributes to higher efficiency and a longer service life.
  • the precise positioning of the windings by the insulating elements also helps to minimize electromagnetic interference.
  • the ring-shaped insulation shields the windings from external electromagnetic influences, thus reducing unwanted interference. This is particularly important in electric machines and vehicle drive trains, where interference-free power transmission is crucial for the performance and reliability of the overall system.
  • an energy transfer device is an assembly that serves to transfer electrical energy contactlessly from a stationary part to a rotating part of an electrical machine and/or vice versa. This device is particularly suitable for use in a separately excited machine. Synchronous machine usable within the drive train of a motor vehicle.
  • the function of the energy transmission device is to ensure the efficient and reliable transfer of electrical energy without a direct electrical connection between the static and rotating components. This is achieved through induction between the primary and secondary windings.
  • the primary winding can be supplied with alternating current, generating an alternating magnetic field that induces a voltage in the coaxially arranged secondary winding. This voltage is then used to supply the rotor winding of the electric machine.
  • the structure of the energy transmission device preferably comprises several components, such as the inductive transformer, insulating elements, flux guide elements and/or a potting compound.
  • the inductive transformer consists of a primary winding and a coaxially arranged secondary winding. Both windings are foil windings, which allows for a compact design and effective heat dissipation.
  • the primary winding is, for example, electrically connected to an AC power source, while the secondary winding is coupled to the rotor winding.
  • a first and a second annular primary insulation element are arranged at the end faces of the primary winding. These elements insulate the primary winding from the primary flux-conducting elements and ensure reliable high-voltage insulation.
  • the insulation elements are configured to preferably enclose at least part of the primary winding and provide mechanical stabilization.
  • a first and a second ring-shaped secondary insulation element are arranged on the end faces of the secondary winding. Elements isolate the secondary winding from the secondary flux-conducting elements, ensuring safe and efficient energy transmission. These secondary insulation elements also contribute to mechanical stability and protect the winding from external influences.
  • the primary and secondary flux guide elements are designed to optimally guide and concentrate the magnetic flux.
  • these flux guide elements are made of ferrite, a material with excellent magnetic properties.
  • the primary flux guide elements incorporate at least some of the primary insulation elements, while the secondary flux guide elements incorporate the secondary insulation elements. This improves energy transfer efficiency and reduces losses.
  • the primary and secondary windings are preferably fixed to their respective insulating elements using a potting compound.
  • This potting compound offers improved mechanical stability, protects the windings from vibrations and mechanical damage, and prevents the ingress of moisture and dirt.
  • an inductive transformer is a device used for the contactless transmission of electrical energy by induction between two spatially separated windings.
  • This transformer is particularly useful in electrical machines, such as separately excited synchronous machines within the drivetrain of motor vehicles, to enable energy transfer from the stationary part to the rotating part.
  • the function of the inductive transformer is to generate a magnetic field through induction, which induces a voltage in a spatially separated winding. This enables contactless energy transfer, minimizing wear and maintenance and increasing the reliability of the entire device. Insulation elements
  • an insulating element is a component that serves to electrically insulate electrical windings from adjacent components while simultaneously ensuring mechanical stability.
  • Insulating elements play a crucial role in the high-voltage insulation and mechanical integrity of power transmission equipment. Their function is to electrically isolate the primary and secondary windings from the primary and secondary flux-conducting elements. This minimizes the risk of electrical flashovers and improves the safety and reliability of the power transmission equipment. Simultaneously, the insulating elements contribute to mechanical stability by holding the windings firmly in place and protecting them from vibration and mechanical stress.
  • the insulating elements are advantageously designed in a ring shape to completely enclose the windings and ensure effective insulation at the end faces of the power transmission device. This structure allows for a uniform distribution of mechanical forces and consistent electrical insulation.
  • Insulating elements can be made from various materials that possess insulating electrical properties. Materials such as ceramics, glass fiber reinforced plastics, or high-temperature-resistant polymers are preferred. These materials offer high dielectric strength and mechanical stability, even under the demanding conditions of a motor vehicle powertrain.
  • the insulation elements can have various cross-sectional profiles to optimize their functionality. C-shaped cross-sectional profiles are preferred, as they offer improved mechanical support and more effective insulation in the area of contact with the windings. This specific shape allows for better adaptation to the windings and prevents their displacement.
  • the insulation elements can be potted with a sealant. The windings are then coated with a potting compound. This compound is applied between the windings and the insulating elements and hardens, creating a strong and permanent bond. The potting compound protects the windings from vibration, moisture, and mechanical damage, thus contributing to increased service life and reliability of the power transmission device.
  • a flux guide element is a component that serves to guide and concentrate the magnetic flux within a power transmission device to ensure efficient and low-loss power transmission.
  • the function of the flux guide element is therefore to guide the magnetic flux generated by the primary winding and concentrate it onto the secondary winding. By selectively controlling the magnetic flux, induction is maximized, resulting in efficient electrical energy transmission.
  • flux guide elements contribute to minimizing stray losses and increasing the overall performance of the power transmission device.
  • Flux guide elements are preferably made from materials with high magnetic permeability, such as ferrite or soft magnetic metals. These materials offer excellent magnetic properties by effectively guiding and concentrating the magnetic flux. Ferrite is particularly advantageous due to its low losses and high efficiency at high frequencies.
  • the flux guide elements can have different shapes and structures to optimally control the magnetic flux. U-shaped cross-sections, which at least partially encompass the insulating elements, are preferred. This shape allows for effective concentration of the magnetic flux and improves the mechanical stability of the entire assembly.
  • the flux guide elements can also form a ring shape to ensure uniform magnetic flux distribution around the circumference of the power transmission device.
  • the primary and secondary flux guide elements are preferably designed to encompass the respective insulation elements, at least partially. This contributes to mechanical stability and efficient magnetic coupling. The close interlocking with the insulation elements ensures precise alignment and fixation of the windings, thus optimizing the performance of the power transmission device.
  • the flux guide elements are preferably arranged coaxially to the primary and secondary windings to direct the magnetic flux directly through the windings. This arrangement maximizes the induced voltage in the secondary winding and improves energy transfer efficiency. The precise placement of the flux guide elements also contributes to reducing stray losses.
  • the flux guide elements can also be joined to form a one-piece ring.
  • a one-piece ring ensures uniform and efficient guidance of the magnetic flux around the entire primary or secondary winding. This improves magnetic coupling and further reduces stray losses, thus increasing energy transfer efficiency.
  • a one-piece ring offers increased mechanical stability and facilitates the assembly and alignment of the flux guide elements within the device.
  • the primary winding and/or the secondary winding can be provided with insulation on their radially outer surface.
  • the additional insulation on the radially outer surface of the primary and/or secondary winding offers the advantage of further improved high-voltage insulation.
  • This insulation protects the windings even better against external influences and mechanical damage, thus increasing the service life and reliability of the power transmission device. Furthermore, it can further minimize the risk of voltage breakdowns.
  • insulation is defined as a component or layer used to electrically separate electrical conductors or components from one another in order to ensure the safe and reliable operation of the electrical device. This insulation plays a crucial role in high-voltage insulation and the prevention of electrical flashovers, particularly in power transmission devices for electric machines.
  • the insulation can consist of various materials that exhibit electrically insulating properties. Materials such as polyimide films, glass fiber reinforced plastics, or high-temperature-resistant polymers are preferred. These materials offer high dielectric strength and are mechanically robust, making them ideal for use in high-voltage applications.
  • the structure and thickness of the insulation can vary to meet the specific requirements of the application.
  • a single- or multi-layer structure is preferred, in which several layers of insulating material are stacked on top of each other to achieve higher dielectric strength and mechanical stability.
  • the insulation thickness is selected to provide sufficient dielectric strength while remaining compact to minimize the device's size.
  • the insulation is fixed using a potting compound, which provides additional mechanical stability and protection against vibration.
  • the potting compound hardens and forms a solid, insulating layer that protects the windings from external influences.
  • the insulation can advantageously be designed as an insulating foil wrapped around the winding.
  • This insulating foil is wrapped tightly around the winding to create a uniform and continuous insulating layer. This ensures high dielectric strength and effectively protects the winding from mechanical damage and external influences.
  • the use of insulating foil allows for simple and cost-effective manufacturing of insulated windings.
  • the primary winding is wound on a primary support. and/or the secondary winding is wound on a secondary support ring.
  • Winding the primary and/or secondary winding on a support ring offers the advantage of ensuring mechanical stability and precise positioning of the windings.
  • the support ring provides firm and uniform support for the windings, which better withstands vibrations and mechanical stresses. This contributes to the longevity and reliability of the power transmission device and also facilitates assembly and maintenance.
  • a support ring is therefore a structural component that serves to mechanically support and precisely position the windings of a power transmission device.
  • the support ring ensures the stable and correct arrangement of the windings within the device and contributes to the overall stability of the power transmission device. This ensures that the windings remain stable during operation of the electric machine and are not displaced by vibrations or mechanical loads.
  • the support ring also promotes the even distribution of mechanical forces and contributes to improving the mechanical integrity and longevity of the device.
  • the support ring can be made of various materials that offer high mechanical strength and stability. Materials such as glass fiber reinforced plastics, metal alloys, or high-strength polymers are preferred.
  • the support ring is preferably designed as an annular structure. This annular design ensures a consistent distribution of mechanical loads and minimizes the risk of deformation or damage to the windings.
  • the support ring can also be equipped with specific recesses or fastening elements to facilitate the assembly and fixation of the windings.
  • the windings are advantageously wound directly onto the support ring. This allows for precise positioning and secure fixation of the windings.
  • the direct connection of the windings to the support ring achieves high mechanical stability, which improves the efficiency and reliability of the power transmission device.
  • the first primary insulation element may have a C-shaped cross-sectional profile in the area of contact with the primary winding
  • the second primary insulation element may have a C-shaped cross-sectional profile in the area of contact with the primary winding
  • the first secondary insulation element may have a C-shaped cross-sectional profile in the area of contact with the secondary winding
  • the second secondary insulation element may have a C-shaped cross-sectional profile in the area of contact with the secondary winding.
  • the primary flux guide elements may have a U-shaped cross-section and at least partially encompass the primary insulating elements
  • the secondary flux guide elements may have a U-shaped cross-section and at least partially encompass the secondary insulating elements.
  • the U-shaped cross-section of the flux guide elements and their partial enclosure of the insulating elements offer the advantage of optimizing magnetic flux guidance. This improves energy transfer efficiency and reduces losses. Simultaneously, the shape increases the mechanical stability of the entire arrangement because the flux guide elements and insulating elements are better interlocked.
  • the invention can also be further developed in such a way that the first primary insulation element or the second primary insulation element has a connecting element which projects axially out of the primary insulation element and via which the primary winding is electrically connected to an electrical
  • a connecting element which protrudes axially from the primary insulation element and enables an electrical connection to the power source, offers the advantage of a simple and secure connection of the primary winding to the power source. This facilitates the installation and replacement of the power transmission device and contributes to a safe and stable electrical connection.
  • the primary winding may also be fixed to the first primary insulation element and/or the second primary insulation element by means of a potting compound
  • the secondary winding may be fixed to the first secondary insulation element and/or the second secondary insulation element by means of a potting compound.
  • Fixing the primary and/or secondary winding by means of a potting compound offers the advantage of improved mechanical stability and increased high-voltage insulation.
  • the potting compound protects the windings from vibrations and mechanical damage and prevents the ingress of moisture and dirt.
  • a casting compound is a liquid or pasty material that is poured into a mold or cavity to form a solid, protective layer or structure after hardening.
  • Potting compounds are used to mechanically fix, insulate, and protect electrical components, such as windings and insulating elements, from environmental influences.
  • the function of the potting compound is therefore to increase the mechanical stability of the components within the power transmission device, improve electrical insulation, and protect the components from vibration, moisture, dust, and other harmful influences.
  • the potting compound forms a strong and permanent bond between the insulated components, significantly improving the durability and reliability of the device.
  • Potting compounds can be made from various materials, each offering specific properties for its intended application. Materials such as epoxy resins, polyurethanes, and silicones are preferred. These materials offer high mechanical strength, excellent electrical insulation properties, and resistance to temperature and humidity. Epoxy resins are particularly advantageous due to their high strength and chemical resistance, while polyurethanes are valued for their flexibility and abrasion resistance. Silicones are ideal for applications requiring high temperature resistance.
  • the potting compound in liquid or paste form, is applied to the components to be protected, filling all gaps. After application, the potting compound hardens, forming a solid, protective layer. Hardening can occur through chemical reactions or external influences such as heat. Advantageously, the potting compound hardens at room temperature to ensure ease of application.
  • the primary flux guide elements form a ring shape and/or the secondary flux guide elements form a ring shape.
  • the ring shape of the primary and/or secondary flux guide elements offers the advantage of uniform and effective magnetic flux guidance. This improves the efficiency of energy transfer and reduces losses.
  • the ring structure also ensures a stable mechanical construction that can withstand the stresses of operation.
  • the primary and/or secondary flux guide elements are made of ferrite.
  • the use of ferrite for the primary and/or secondary flux guide elements offers the advantage of excellent magnetic properties. Ferrite has high magnetic permeability and low losses, which further improves energy transfer efficiency.
  • ferrite is a robust material. and durable material that can withstand the mechanical and thermal stresses of operation.
  • the object of the invention can also be achieved by a method for manufacturing a contactless energy transmission device for a rotor of an electric machine, in particular a separately excited synchronous machine within a drive train of a motor vehicle, comprising the following steps:
  • the clear separation of the primary and secondary windings by the insulating elements also simplifies the assembly of the power transmission device.
  • the insulating elements serve as fixed reference points, which facilitates the alignment and fastening of the windings. Furthermore, this structure simplifies maintenance, as individual components can be easily identified and replaced without having to disassemble the entire device.
  • the described manufacturing process also allows for flexible adaptation of the energy transmission device to various requirements and specifications.
  • the coaxial arrangement and the modular nature of the ring-shaped insulation elements enable easy scaling of the device for different power requirements and applications.
  • the invention can also advantageously be implemented such that a potting compound is introduced at least partially between the primary winding and the first primary insulating element and/or the second primary insulating element and fixed by means of the potting compound, and/or a potting compound is introduced at least partially between the secondary winding and the first secondary insulating element and/or the second secondary insulating element and fixed by means of the potting compound.
  • Figure 1 shows an electric machine with a separately excited rotor in a schematic axial sectional view.
  • Figure 2 shows a separately excited rotor with a contactless energy transfer device in an exploded axial section view.
  • Figure 3 shows a contactless energy transfer device in an axial section view.
  • Figure 4 shows the primary-side components of the energy transmission device in an exploded view.
  • Figure 5 shows the secondary-side components of the energy transfer device in an exploded view.
  • Figure 1 shows a contactless energy transfer device 1 for a rotor 2 of an electric machine 3, in particular a separately excited synchronous machine within a drive train of a motor vehicle.
  • the rotor 2 is configured as an internal rotor and rotates within the hollow cylindrical stator 25.
  • the rotor 2 For power supply, the rotor 2 has an inductive transformer 4, which has a primary winding 5 capable of carrying current and a secondary winding 6 spaced apart from it and arranged coaxially, which in turn can be electrically coupled to a winding 7 of the rotor 2.
  • the primary winding 5 is stationary, while the secondary winding 6 is connected to The rotor 2 rotates.
  • the secondary winding 6 is coupled to the rotor 2 via the housing 26.
  • the secondary winding 6 is connected to the winding 7 of the rotor 2 via an intermediate rectifier electronics 23, which is designed in a ring-shaped disk form and arranged coaxially to the rotor rotation axis, as can be clearly seen in Figure 2.
  • the primary winding 5 and the secondary winding 6 are each designed as foil windings.
  • the primary winding 5 has a first annular primary insulating element 9 at a first end face 8 of the energy transmission device 1 and a second annular primary insulating element 11 at a second end face 10 of the energy transmission device 1, which are configured such that the primary winding 5 is insulated from the primary flux guide elements 12 by means of the primary insulating elements 9, 11.
  • the secondary winding 6 also has a first annular secondary insulation element 13 at the first end face 8 of the energy transmission device 1 and a second annular secondary insulation element 14 at the second end face 10 of the energy transmission device 1, which are also configured such that the secondary winding 6 is insulated from secondary flux-guiding elements 15 by means of the secondary insulation elements 13, 14.
  • Figure 3 further shows that the primary winding 5 has insulation 16 on its radially outer surface and the secondary winding 6 has insulation 17 on its radially outer surface.
  • the primary winding 5 is wound on a primary support ring 18 and the secondary winding 6 on a secondary support ring 19.
  • both the first primary insulation element 9 in the area of engagement with the primary winding 5 have a C-shaped cross-sectional profile as
  • the second primary insulation element 11 also has a C-shaped cross-sectional profile in the area of contact with the primary winding 5.
  • the first secondary insulation element 13 and the second secondary insulation element 14 each have a C-shaped cross-sectional profile in the area of contact with the secondary winding 6.
  • Figure 3 further shows that the primary flow-guiding elements 12 have a U-shaped cross-section and encompass the primary insulation elements 9, 11 at least partially.
  • the secondary flow-guiding elements 15 also have a U-shaped cross-section and encompass the secondary insulation elements 13, 14 at least partially.
  • Figure 3 further shows that the second primary insulation element 11 has a connecting element 20 which projects axially from the primary insulation element 9, 11 and through which the primary winding 5 can be electrically connected to an electrical power source.
  • the connecting element 20 has an axially extending channel 24 through which, for example, a connecting cable for the primary winding 5 runs, although this is not shown in Figure 3.
  • the primary winding 5 is fixed to the first primary insulation element 9 and the second primary insulation element 11 by means of a potting compound 21.
  • the secondary winding 6 is also fixed to the first secondary insulation element 13 and the second secondary insulation element 14 by means of a potting compound 22.
  • the potting compounds 21 and 22 can be identical or different.
  • a review of Figures 3-5 shows that both the primary flow guide elements 12 and the secondary flow guide elements 15 form a ring shape.
  • the primary flow guide elements 12 and the secondary flow guide elements 15 are made of ferrite.
  • a method for manufacturing the contactless energy transfer device 1 may comprise the following steps: First, a primary winding 5 and a secondary winding 6, each designed as a foil winding, are provided, along with a first annular primary insulation element 9 and a second annular primary insulation element 11, as well as a first annular secondary insulation element 13 and a second annular secondary insulation element 14. Primary flux guide elements 12 and secondary flux guide elements 15 are also provided.
  • first annular primary insulation element 9 is arranged on a first end face 8 of the primary winding 5 and the second annular primary insulation element 11 on a second end face 10 of the primary winding 5, followed by the arrangement of the first annular secondary insulation element 13 on a first end face 8 of the secondary winding 6 and the second annular secondary insulation element 14 on the second end face 10 of the secondary winding 6.
  • the primary flux-guiding elements 12 are then arranged on the first primary insulation element 9 and on the second primary insulation element 11, so that the primary winding 5 is insulated from the primary flux-guiding elements 12 by means of the primary insulation elements 9 and 11.
  • the secondary flux-guiding elements 15 are arranged analogously on the first secondary insulation element 13 and/or on the second secondary insulation element 14, so that the secondary winding 6 is also insulated from the secondary flux-guiding elements 15 by means of the secondary insulation elements 13 and 14.
  • a potting compound 21 is applied, at least section by section, between the primary winding 5 and the first primary insulating element 9 and the second primary insulating element 11, and fixed in place by means of the potting compound 21.
  • a potting compound 22 is then applied, at least section by section, between the secondary winding 6 and the first secondary insulating element 13 and the second secondary insulating element 14, and fixed in place by means of the potting compound 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung (1) für einen Rotor (2) einer elektrischen Maschine (3), insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen induktiven Übertrager (4), weicher eine bestrombare Primärwicklung (5) und eine dazu beabstandete und koaxial angeordnete Sekundärwicklung (6) aufweist, welche ihrerseits mit einer Wicklung (7) des Rotors (2) elektrisch leitend koppelbar ist, wobei die Primärwicklung (5) und die Sekundärwicklung (6) jeweils als Folienwicklung ausgeführt sind, wobei die Primärwicklung (5) an einer ersten Stirnseite (8) der Energieübertragungsvorrichtung (1) ein erstes ringförmiges Primärisolationselement (9) und an einer zweiten Stirnseite (10) der Energieübertragungsvorrichtung (1) ein zweites ringförmiges Primärisolationselement (11) aufweist, welche so konfiguriert sind, dass die Primärwicklung (5) mittels der Primärisolationselemente (9,11) gegenüber primären Flussleitelementen (12) isoliert ist, und die Sekundärwicklung (6) an der ersten Stirnseite (8) der Energieübertragungsvorrichtung (1) ein erstes ringförmiges Sekundärisolationselement (13) und an der zweiten Stirnseite (10) der Energieübertragungsvorrichtung (1) ein zweites ringförmiges Sekundärisolationselement (14) aufweist, welche so konfiguriert sind, dass die Sekundärwicklung (6) mittels der Sekundärisolationselemente (13,14) gegenüber sekundären Flussleitelementen (15) isoliert ist.

Description

Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtunq und Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen induktiven Übertrager, welcher eine bestrombare Primärwicklung und eine dazu beabstandete und koaxial angeordnete Sekundärwicklung aufweist, welche ihrerseits mit einer Wicklung des Rotors elektrisch leitend koppelbar ist, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung jeweils als Folienwicklung ausgeführt sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt elektrische Maschinen 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.
Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebs-stränge 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 und Effizienz zu steigern und gleichzeitig die Herstellungskosten zu senken, da die Kosten und Gewicht des Fahrzeugs werden maßgeblich durch die Batteriegröße bestimmt werden. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, die elektrischen Maschinen als fremderregte Synchronmaschine (FSM) auszuführen. Hierbei muss auf den Rotor einer fremderregten Synchronmaschine die elektrische Leistung zur Erregung der Rotorwicklungen übertragen werden. Für Traktionsmaschinen wird hierzu in der Regel ein kontaktbehafteter Übertrager eingesetzt. Werden diese Wicklungen bestromt, entsteht ein Magnetfeld, welches in Kombination mit dem Magnetfeld des Stators ein Drehmoment erzeugt. Die Stärke des Rotorfelds kann über die Stärke der Bestromung angepasst werden. So kann das Maschinenverhalten stets effizienzoptimiert an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden.
Die Nachteile eines derartig kontaktbehafteten Übertragers sind mechanische und elektrische Verluste im Kontakt zwischen stehenden und rotierenden Komponenten. Weitere Nachteile sind der Verschleiß der gegeneinander reibenden Komponenten sowie die damit einhergehende Verschmutzung durch Abrieb so wie der vergleichsweise große Bauraumbedarf.
Als eine Alternative zu derartigen kontaktbehafteten Übertragern sind beispielsweise auch berührungslose, induktive Übertrager bekannt. Ein induktiver Übertrager ist üblicherweise ein rotationssymmetrischer Transformator mit Luftspalt bestehend aus einer primärseitigen und einer sekundärseitigen Wicklung. In der Regel hat ein induktiver Übertrager außerdem einen Kem beispielsweise aus Ferrit. Ein derartiger Kem kann aus einem oder mehreren Teilen gefertigt sein.
Beispielsweise können alle Teile des Kems an der stehenden Maschinenseite einer elektrischen Maschine befestigt sein, wobei dann die sekundärseitige Wicklung innerhalb des Kems rotiert. Alternativ können Kern-Teile am rotierenden Teil der Maschine befestigt sein. In diesem Fall sind die primär- und sekundärseitigen Kernteile über einen Luftspalt getrennt. Dieser muss dann so groß sein, dass sich die Kernteile unter Berücksichtigung aller Toleranzen und Betriebsbedingungen nicht berühren. Die rotierenden Übertragerteile werden hierzu oft mit einer Bandage versehen oder in ein anderes Bauteil gefügt, um sie drehzahlfest abzustützen. Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsvariante findet sich in DE 10 2017 214 776 A1 oder aber in DE201210201826 A1 . Es ist die Aufgabe der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeiden und eine optimierte kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeug, bereitzustellen. Es ist ebenfalls die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen induktiven Übertrager, welcher eine bestrombare Primärwicklung und eine dazu beabstandete und koaxial angeordnete Sekundärwicklung aufweist, welche ihrerseits mit einer Wicklung des Rotors elektrisch leitend koppelbar ist, wobei die Primärwicklung und die Sekundärwicklung jeweils als Folienwicklung ausgeführt sind, wobei die Primärwicklung an einer ersten Stirnseite der Energieübertragungsvorrichtung ein erstes ringförmiges Primärisolationselement und an einer zweiten Stirnseite der Energieübertragungsvorrichtung ein zweites ringförmiges Primärisolationselement aufweist, welche so konfiguriert sind, dass die Primärwicklung mittels der Primärisolationselemente, gegenüber primären Flussleitelementen isoliert ist, und die Sekundärwicklung an der ersten Stirnseite der Energieübertragungsvorrichtung ein erstes ringförmiges Sekundärisolationselement und an der zweiten Stirnseite der Energieübertragungsvorrichtung ein zweites ringförmiges Sekundärisolationselement aufweist, welche so konfiguriert sind, dass die Sekundärwicklung mittels der Sekundärisolationselemente, gegenüber sekundären Flussleitelementen isoliert ist.
Diese Energieübertragungsvorrichtung bietet die Vorteile, dass die Primärwicklung und die Sekundärwicklung durch ringförmige Isolationselemente an den Stirnseiten der Energieübertragungsvorrichtung isoliert werden. Dies verbessert die Hochvoltisolation zwischen den Wicklungen und den Flussleitelementen erheblich. Durch die koaxiale Anordnung und die Folienwicklung wird zudem die mechanische Abstützung der Wicklungen verbessert, was die Gesamtstabilität und Festigkeit der Energieübertragungsvorrichtung erhöht. Dies ist besonders wichtig für die zuverlässige Funktion in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Durch die Verwendung von Folienwicklungen in Verbindung mit den ringförmigen Isolationselementen an beiden Stirnseiten wird eine verbesserte mechanische Abstützung erreicht. Dies trägt zur strukturellen Integrität der Wicklungen bei, indem es deren Position stabilisiert und Vibrationen reduziert. Eine stabile Wicklung ist weniger anfällig für mechanische Schäden und Deformationen, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Energieübertragungsvorrichtung verlängert.
Die koaxiale Anordnung der Primär- und Sekundärwicklung als Folienwicklungen ermöglicht ferner auch eine effektive Wärmeableitung. Die große Oberfläche der Folienwicklungen fördert die Abgabe der durch den Energieübertragungsprozess erzeugten Wärme. Die ringförmigen Isolationselemente tragen hierbei ebenfalls zur Wärmeableitung bei, indem sie als Wärmesenken fungieren. Dies verhindert eine Überhitzung der Wicklungen und verbessert die thermische Stabilität der Vorrichtung, was wiederum zu einer höheren Effizienz und längeren Lebensdauer beiträgt.
Die genaue Positionierung der Wicklungen durch die Isolationselemente hilft des Weiteren auch, elektromagnetische Störungen zu minimieren. Die ringförmige Isolation schirmt die Wicklungen gegenüber äußeren elektromagnetischen Einflüssen ab und reduziert somit unerwünschte Interferenzen. Dies ist besonders wichtig in elektrischen Maschinen und Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, wo eine störungsfreie Energieübertragung für die Leistung und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems entscheidend ist.
Im Sinne dieser Patentanmeldung ist eine Energieübertragungsvorrichtung eine Baugruppe, die dazu dient, elektrische Energie kontaktlos von einem statischen Teil zu einem rotierenden Teil einer elektrischen Maschine und/oder umgekehrt zu übertragen. Diese Vorrichtung ist insbesondere in einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs einsetzbar.
Die Funktion der Energieübertragungsvorrichtung besteht darin, eine effiziente und zuverlässige Übertragung von elektrischer Energie zu gewährleisten, ohne dass eine direkte elektrische Verbindung zwischen den statischen und rotierenden Komponenten besteht. Dies wird durch die Induktion zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen ermöglicht. Beispielsweise kann die Primärwicklung mit Wechselstrom gespeist werden, wodurch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, das in der koaxial angeordneten Sekundärwicklung eine Spannung induziert. Diese Spannung wird dann zur Versorgung der Rotorwicklung der elektrischen Maschine verwendet.
Der Aufbau der Energieübertragungsvorrichtung umfasst bevorzugt mehrere Komponenten, wie den induktiven Übertrager, Isolationselemente, Flussleitelemente und/oder eine Vergussmasse.
Der induktive Übertrager besteht aus einer Primärwicklung und einer dazu koaxial angeordneten Sekundärwicklung. Beide Wicklungen sind als Folienwicklungen ausgeführt, was eine kompakte Bauweise und eine effektive Wärmeableitung ermöglicht. Die Primärwicklung ist dabei beispielsweise elektrisch leitend mit einer Wechselstromquelle verbunden, während die Sekundärwicklung mit der Wicklung des Rotors gekoppelt ist.
An den Stirnseiten der Primärwicklung sind ein erstes und ein zweites ringförmiges Primärisolationselement angeordnet. Diese Elemente isolieren die Primärwicklung gegenüber den primären Flussleitelementen und gewährleisten eine sichere Hochvoltisolation. Die Isolationselemente sind so konfiguriert, dass sie die Primärwicklung bevorzugt zumindest abschnittsweise umschließen und mechanisch stabilisieren.
Analog zur Primärwicklung sind an den Stirnseiten der Sekundärwicklung ein erstes und ein zweites ringförmiges Sekundärisolationselement angeordnet. Diese Elemente isolieren die Sekundärwicklung gegenüber den sekundären Flussleitelementen und sorgen für eine sichere und effiziente Energieübertragung. Die Sekundärisolationselemente tragen ebenfalls zur mechanischen Stabilität bei und schützen die Wicklung vor äußeren Einflüssen.
Die primären und sekundären Flussleitelemente sind so gestaltet, dass sie den magnetischen Fluss optimal leiten und konzentrieren. Vorteilhafterweise sind diese Flussleitelemente aus Ferrit gefertigt, da dieses Material hervorragende magnetische Eigenschaften besitzt. Die primären Flussleitelemente umfassen die Primärisolationselemente zumindest abschnittsweise, während die sekundären Flussleitelemente die Sekundärisolationselemente umfassen. Dies verbessert die Effizienz der Energieübertragung und reduziert Verluste.
Zur zusätzlichen Fixierung und Isolation sind die Primär- und Sekundärwicklungen gegenüber den jeweiligen Isolationselementen bevorzugt mittels einer Vergussmasse fixiert. Diese Vergussmasse bietet eine verbesserte mechanische Stabilität, schützt die Wicklungen vor Vibrationen und mechanischen Beschädigungen und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz.
Induktiver Übertrager
Im Sinne dieser Patentanmeldung ist ein induktiver Übertrager eine Vorrichtung, die zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie durch Induktion zwischen zwei räumlich getrennten Wicklungen dient. Dieser Übertrager findet insbesondere Anwendung in elektrischen Maschinen, wie etwa fremderregten Synchronmaschinen innerhalb eines Antriebsstrangs von Kraftfahrzeugen, um die Energieübertragung vom statischen Teil zum rotierenden Teil zu ermöglichen.
Die Funktion des induktiven Übertragers besteht darin, durch die Induktion ein magnetisches Feld zu erzeugen, das eine Spannung in einer räumlich getrennten Wicklung induziert. Dies ermöglicht die kontaktlose Übertragung von Energie, was Verschleiß und Wartungsaufwand minimiert und die Zuverlässigkeit der gesamten Vorrichtung erhöht. Isolationselemente
Im Sinne dieser Patentanmeldung ist ein Isolationselement ein Bauteil, das dazu dient, elektrische Wicklungen gegenüber benachbarten Komponenten elektrisch zu isolieren und gleichzeitig mechanische Stabilität zu gewährleisten.
Isolationselemente spielen eine entscheidende Rolle bei der Hochvoltisolation und der mechanischen Integrität der Energieübertragungsvorrichtung. Die Funktion des Isolationselements besteht darin, die Primär- und Sekundärwicklungen elektrisch von den primären und sekundären Flussleitelementen zu trennen. Dadurch wird das Risiko von elektrischen Überschlägen minimiert und die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Energieübertragungsvorrichtung verbessert. Gleichzeitig tragen die Isolationselemente zur mechanischen Stabilität bei, indem sie die Wicklungen fest in ihrer Position halten und vor Vibrationen und mechanischen Belastungen schützen.
Die Isolationselemente sind vorteilhafterweise ringförmig gestaltet, um die Wicklungen vollständig zu umschließen und eine effektive Isolation an den Stirnseiten der Energieübertragungsvorrichtung zu gewährleisten. Diese Struktur ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der mechanischen Kräfte und eine konsistente elektrische Isolation.
Isolationselemente können aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, die isolierende elektrische Eigenschaften besitzen. Bevorzugt werden Materialien wie keramische Werkstoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe oder hochtemperaturbeständige Polymere verwendet. Diese Materialien bieten eine hohe dielektrische Festigkeit und mechanische Stabilität, selbst unter den anspruchsvollen Bedingungen eines Antriebsstrangs in Kraftfahrzeugen.
Die Isolationselemente können verschiedene Querschnittsprofile aufweisen, um ihre Funktionalität zu optimieren. Bevorzugt sind C-artige Querschnittsprofile, die im Eingriffsbereich mit den Wicklungen eine verbesserte mechanische Abstützung und eine effektivere Isolation bieten. Diese spezielle Form ermöglicht eine bessere Anpassung an die Wicklungen und verhindert deren Verschiebung. Zur zusätzlichen Fixierung und Isolation können die Isolationselemente mit einer Vergussmasse versehen werden. Diese Masse wird zwischen die Wicklungen und die Isolationselemente eingebracht und härtet aus, wodurch eine feste und dauerhafte Verbindung entsteht. Die Vergussmasse schützt die Wicklungen vor Vibrationen, Feuchtigkeit und mechanischen Beschädigungen und trägt so zur Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Energieübertragungsvorrichtung bei.
Flussleitelemente
Im Sinne dieser Patentanmeldung ist ein Flussleitelement ein Bauteil, das dazu dient, den magnetischen Fluss innerhalb einer Energieübertragungsvorrichtung zu leiten und zu konzentrieren, um eine effiziente und verlustarme Energieübertragung zu gewährleisten. Die Funktion des Flussleitelements besteht also darin, den von der Primärwicklung erzeugten magnetischen Fluss zu leiten und auf die Sekundärwicklung zu konzentrieren. Durch die gezielte Steuerung des magnetischen Flusses wird die Induktion maximiert, was zu einer effizienten Übertragung von elektrischer Energie führt. Darüber hinaus tragen Flussleitelemente zur Minimierung von Streuverlusten und zur Erhöhung der Gesamtleistung der Energieübertragungsvorrichtung bei.
Flussleitelemente werden bevorzugt aus Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität gefertigt, wie Ferrit oder weichmagnetische Metalle. Diese Materialien bieten hervorragende magnetische Eigenschaften, indem sie den magnetischen Fluss effektiv leiten und konzentrieren. Ferrit ist besonders vorteilhaft aufgrund seiner niedrigen Verluste und hohen Effizienz bei hohen Frequenzen.
Die Flussleitelemente können unterschiedliche Formen und Strukturen aufweisen, um den magnetischen Fluss optimal zu steuern. Bevorzugt sind U-förmige Querschnitte, die die Isolationselemente zumindest abschnittsweise umfassen. Diese Form ermöglicht eine effektive Konzentration des magnetischen Flusses und verbessert die mechanische Stabilität der gesamten Anordnung. Die Flussleitelemente können auch eine Ringform bilden, um eine gleichmäßige magnetische Flussführung über den Umfang der Energieübertragungsvorrichtung zu gewährleisten. Die primären und sekundären Flussleitelemente sind bevorzugt so konstruiert, dass sie die jeweiligen Isolationselemente zumindest abschnittsweise umfassen. Dies trägt zur mechanischen Stabilität und zur effizienten magnetischen Kopplung bei. Durch die enge Verzahnung mit den Isolationselementen wird eine präzise Ausrichtung und Fixierung der Wicklungen erreicht, was die Leistungsfähigkeit der Energieübertragungsvorrichtung optimiert.
Die Flussleitelemente sind bevorzugt koaxial zu den Primär- und Sekundärwicklungen angeordnet, um den magnetischen Fluss direkt durch die Wicklungen zu leiten. Diese Anordnung maximiert die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung und verbessert die Effizienz der Energieübertragung. Die präzise Platzierung der Flussleitelemente trägt zudem zur Reduzierung von Streuverlusten bei.
Vorteilhafterweise können die Flussleitelemente auch zu einem einstückigen Ring gefügt sein. Ein solcher einstückiger Ring sorgt für eine gleichmäßige und effiziente Führung des magnetischen Flusses um die gesamte Primär- oder Sekundärwicklung herum. Dies verbessert die magnetische Kopplung und reduziert Streuverluste weiter, was die Effizienz der Energieübertragung erhöht. Zudem bietet ein einstückiger Ring eine erhöhte mechanische Stabilität und erleichtert die Montage und Ausrichtung der Flussleitelemente innerhalb der Vorrichtung.
Vorteilhafte Ausführunqsformen der Erfindung
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Primärwicklung an ihrer radial äußeren Mantelfläche eine Isolation aufweist und/oder die Sekundärwicklung an ihrer radial äußeren Mantelfläche eine Isolation aufweist. Die zusätzliche Isolation an der radial äußeren Mantelfläche der Primär- und/oder Sekundärwicklung bietet den Vorteil einer weiter verbesserten Hochvoltisolation. Diese Isolation schützt die Wicklungen noch besser vor äußeren Einflüssen und mechanischen Beschädigungen, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Energieübertragungsvorrichtung erhöht. Zudem kann dadurch die Gefahr von Spannungsdurchschlägen weiter minimiert werden. Im Sinne dieser Patentanmeldung ist eine Isolation also ein Bauteil oder eine Schicht, die dazu dient, elektrische Leiter oder Bauteile elektrisch voneinander zu trennen, um eine sichere und zuverlässige Funktion der elektrischen Vorrichtung zu gewährleisten. Diese Isolation spielt eine entscheidende Rolle bei der Hochvoltisolation und der Vermeidung von elektrischen Überschlägen, insbesondere in der Energieübertragungsvorrichtung für elektrische Maschinen. Die Isolation kann aus verschiedenen Materialien bestehen, die elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Bevorzugt werden Materialien wie Polyimidfolien, glasfaserverstärkte Kunststoffe oder hochtemperaturbeständige Polymere verwendet. Diese Materialien bieten eine hohe dielektrische Festigkeit und sind mechanisch robust, was sie ideal für den Einsatz in Hochvolt-Anwendungen macht.
Die Struktur und Dicke der Isolation können variieren, um den spezifischen Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden. Bevorzugt wird eine ein- oder mehrlagige Struktur, bei der mehrere Schichten von Isoliermaterial übereinander gelegt werden, um eine höhere dielektrische Festigkeit und mechanische Stabilität zu erreichen. Die Dicke der Isolation wird so gewählt, dass sie eine ausreichende Spannungsfestigkeit bietet und gleichzeitig kompakt bleibt, um die Baugröße der Vorrichtung zu minimieren. Vorteilhafterweise wird die Isolation mittels einer Vergussmasse fixiert, die eine zusätzliche mechanische Stabilität und Schutz vor Vibrationen bietet. Die Vergussmasse härtet aus und bildet eine feste, isolierende Schicht, die die Wicklungen vor äußeren Einflüssen schützt.
Die Isolation kann vorteilhafterweise als eine Isolationsfolie ausgebildet sein, die um die Wicklung gewickelt ist. Diese Isolationsfolie wird eng um die Wicklung gewickelt, um eine gleichmäßige und durchgehende isolierende Schicht zu schaffen. Dies gewährleistet eine hohe dielektrische Festigkeit und schützt die Wicklung effektiv vor mechanischen Beschädigungen und äußeren Einflüssen. Die Verwendung von Isolationsfolie ermöglicht eine einfache und kosteneffiziente Herstellung der isolierten Wicklungen.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Primärwicklung auf einem Primärträgemng gewickelt ist und/oder die Sekundärwicklung auf einem Sekundärträgerring gewickelt ist. Die Wicklung der Primär- und/oder Sekundärwicklung auf einem Trägerring bietet den Vorteil, dass die mechanische Stabilität und die genaue Positionierung der Wicklungen gewährleistet sind. Der Trägerring sorgt für eine feste und gleichmäßige Abstützung der Wicklungen, was Vibrationen und mechanische Belastungen besser standhält. Dies trägt zur Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Energieübertragungsvorrichtung bei und erleichtert zudem die Montage und Wartung.
Im Sinne dieser Patentanmeldung ist somit ein Trägerring ein strukturelles Bauteil, das dazu dient, die Wicklungen einer Energieübertragungsvorrichtung mechanisch zu stützen und präzise zu positionieren. Der Trägerring gewährleistet die stabile und korrekte Anordnung der Wicklungen innerhalb der Vorrichtung und trägt zur Gesamtstabilität der Energieübertragungsvorrichtung bei. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wicklungen während des Betriebs der elektrischen Maschine stabil bleiben und nicht durch Vibrationen oder mechanische Belastungen verschoben werden. Der Trägerring unterstützt zudem die gleichmäßige Verteilung von mechanischen Kräften und trägt zur Verbesserung der mechanischen Integrität und Langlebigkeit der Vorrichtung bei.
Der Trägerring kann aus verschiedenen Materialien bestehen, die eine hohe mechanische Festigkeit und Stabilität bieten. Bevorzugt werden Materialien wie glasfaserverstärkte Kunststoffe, Metalllegierungen oder hochfeste Polymere verwendet. Der Trägerring ist bevorzugt als ringförmige Struktur ausgeführt. Diese ringförmige Ausführung gewährleistet eine konsistente Verteilung der mechanischen Belastungen und minimiert die Gefahr von Verformungen oder Beschädigungen der Wicklungen. Der Trägerring kann auch mit spezifischen Aussparungen oder Befestigungselementen ausgestattet sein, um die Montage und Fixierung der Wicklungen zu erleichtern. Die Wicklungen werden vorteilhafterweise direkt auf den Trägerring gewickelt. Dies ermöglicht eine präzise Positionierung und feste Fixierung der Wicklungen. Durch die direkte Verbindung der Wicklungen mit dem Trägerring wird eine hohe mechanische Stabilität erreicht, was die Effizienz und Zuverlässigkeit der Energieübertragungsvorrichtung verbessert. Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das erste Primärisolationselement im Eingriffsbereich mit der Primärwicklung ein C-artiges Querschnittsprofil aufweist und/oder das zweite Primärisolationselement im Eingriffsbereich mit der Primärwicklung ein C-artiges Querschnittsprofil aufweist und/oder das erste Sekundärisolationselement im Eingriffsbereich mit der Sekundärwicklung ein C- artiges Querschnittsprofil aufweist und/oder das zweite Sekundärisolationselement im Eingriffsbereich mit der Sekundärwicklung ein C-artiges Querschnittsprofil aufweist. Die C-artigen Querschnittsprofile der Isolationselemente im Eingriffsbereich mit den Wicklungen bieten den Vorteil einer verbesserten mechanischen Abstützung und einer optimierten Hochvoltisolation. Die spezielle Form der Isolationselemente ermöglicht eine bessere Anpassung an die Wicklungen und verhindert deren Verschiebung. Dies führt zu einer erhöhten mechanischen Festigkeit und verringert die Gefahr von elektrischen Überschlägen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die primären Flussleitelemente im Querschnitt U- förmig ausgebildet sind und die Primärisolationselemente, zumindest abschnittsweise umfassen und/oder die sekundären Flussleitelemente im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind und die Sekundärisolationselemente, zumindest abschnittsweise umfassen. Die U-förmige Ausbildung der Flussleitelemente im Querschnitt und das teilweise Umfassen der Isolationselemente bietet den Vorteil, dass die magnetische Flussführung optimiert wird. Dies verbessert die Effizienz der Energieübertragung und reduziert Verluste. Gleichzeitig wird durch die Formgebung die mechanische Stabilität der gesamten Anordnung erhöht, da die Flussleitelemente und Isolationselemente besser miteinander verzahnt sind.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das erste Primärisolationselement oder das zweite Primärisolationselement ein Verbindungselement aufweist, welches axial aus dem Primärisolationselement, herausragt und über das die Primärwicklung elektrisch an eine elektrische Energiequelle anschließbar ist. Das Vorhandensein eines Verbindungselements, welches axial aus dem Primärisolationselement herausragt und eine elektrische Verbindung zur Energiequelle ermöglicht, bietet den Vorteil einer einfachen und sicheren Anschlussmöglichkeit der Primärwicklung an die Energiequelle. Dies erleichtert die Installation und den Austausch der Energieübertragungsvorrichtung und trägt zu einer sicheren und stabilen elektrischen Verbindung bei.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Primärwicklung gegenüber dem ersten Primärisolationselement und/oder dem zweiten Primärisolationselement mittels einer Vergussmasse fixiert sind/ist und/oder die Sekundärwicklung gegenüber dem ersten Sekundärisolationselement und/oder dem zweiten Sekundärisolationselement mittels einer Vergussmasse fixiert sind/ist. Die Fixierung der Primär- und/oder Sekundärwicklung mittels Vergussmasse bietet den Vorteil einer verbesserten mechanischen Stabilität und einer erhöhten Hochvoltisolation. Die Vergussmasse schützt die Wicklungen vor Vibrationen und mechanischen Beschädigungen und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und Schmutz.
Dadurch wird die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Energieübertragungsvorrichtung erheblich erhöht.
Somit ist im Sinne dieser Patentanmeldung eine Vergussmasse ein flüssiges oder pastöses Material, das in eine Form oder einen Hohlraum gegossen wird, um nach dem Aushärten eine feste, schützende Schicht oder Struktur zu bilden.
Vergussmassen werden verwendet, um elektrische Bauteile, wie Wicklungen und Isolationselemente, mechanisch zu fixieren, zu isolieren und vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Funktion der Vergussmasse besteht daher darin, die mechanische Stabilität der Komponenten innerhalb der Energieübertragungsvorrichtung zu erhöhen, die elektrische Isolation zu verbessern und die Bauteile vor Vibrationen, Feuchtigkeit, Staub und anderen schädlichen Einflüssen zu schützen. Durch das Aushärten bildet die Vergussmasse eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den isolierten Bauteilen, was die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Vorrichtung erheblich verbessert. Vergussmassen können aus verschiedenen Materialien bestehen, die spezifische Eigenschaften für die Anwendung bieten. Bevorzugt werden Materialien wie Epoxidharze, Polyurethane oder Silikone verwendet. Diese Materialien bieten eine hohe mechanische Festigkeit, hervorragende elektrische Isolationseigenschaften und sind beständig gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüssen. Epoxidharze sind besonders vorteilhaft aufgrund ihrer hohen Festigkeit und chemischen Beständigkeit, während Polyurethane durch ihre Flexibilität und Abriebfestigkeit überzeugen. Silikone sind ideal für Anwendungen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit erfordern.
Die Vergussmasse wird in flüssiger oder pastöser Form auf die zu schützenden Bauteile aufgebracht und füllt alle Zwischenräume aus. Nach dem Aufträgen härtet die Vergussmasse aus und bildet eine feste, schützende Schicht. Die Aushärtung kann durch chemische Reaktionen oder durch externe Einflüsse wie Wärme erfolgen. Vorteilhafterweise härtet die Vergussmasse bei Raumtemperatur aus, um eine einfache Anwendung zu gewährleisten.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die primären Flussleitelemente eine Ringform bilden und/oder die sekundären Flussleitelemente eine Ringform bilden. Die ringförmige Ausbildung der primären und/oder sekundären Flussleitelemente bietet den Vorteil einer gleichmäßigen und effektiven magnetischen Flussführung. Dies verbessert die Effizienz der Energieübertragung und reduziert Verluste. Die ringförmige Struktur sorgt zudem für eine stabile mechanische Konstruktion, die den Belastungen im Betrieb standhält.
Des Weiteren ist es von Vorteil, dass die primären Flussleitelemente aus Ferrit und/oder die sekundären Flussleitelemente Ferrit gebildet sind/ist. Die Verwendung von Ferrit für die primären und/oder sekundären Flussleitelemente bietet den Vorteil, dass das Material hervorragende magnetische Eigenschaften aufweist. Ferrit hat eine hohe magnetische Permeabilität und niedrige Verluste, was die Effizienz der Energieübertragung weiter verbessert. Zudem ist Ferrit ein robustes und langlebiges Material, das den mechanischen und thermischen Belastungen im Betrieb standhält.
Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch ein Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellung einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, die jeweils als Folienwicklung ausgeführt sind;
• Bereitstellung eines ersten ringförmigen Primärisolationselements und eines zweiten ringförmigen Primärisolationselements;
• Bereitstellung eines ersten ringförmigen Sekundärisolationselements und eines zweiten ringförmigen Sekundärisolationselements;
• Bereitstellung von primären Flussleitelemente und sekundären Flussleitelemente;
• Anordnung des ersten ringförmigen Primärisolationselements an einer ersten Stirnseite der Primärwicklung und des zweiten ringförmigen Primärisolationselements an einer zweiten Stirnseite der Primärwicklung;
• Anordnung des ersten ringförmigen Sekundärisolationselements an einer ersten Stirnseite der Sekundärwicklung und des zweiten ringförmigen Sekundärisolationselements an der zweiten Stirnseite der Sekundärwicklung;
• Anordnung der primären Flussleitelemente an dem ersten Primärisolationselement und/oder an dem zweiten Primärisolationselement, so dass die Primärwicklung mittels der Primärisolationselemente, gegenüber den primären Flussleitelementen isoliert ist;
• Anordnung der sekundären Flussleitelemente an dem ersten Sekundärisolationselement und/oder an dem zweiten Sekundärisolationselement, so dass die Sekundärwicklung mittels der Sekundärisolationselemente, gegenüber den sekundären Flussleitelementen isoliert ist. Das Verfahren zur Herstellung der kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung bietet den Vorteil einer systematischen und effizienten Produktionsweise. Die genaue Anordnung der Isolationselemente und Flussleitelemente gewährleistet eine optimale Hochvoltisolation und mechanische Stabilität. Dies führt zu einer qualitativ hochwertigen und zuverlässigen Energieübertragungsvorrichtung, die den Anforderungen im Betrieb eines Kraftfahrzeugs gerecht wird.
Die klare Trennung der Primär- und Sekundärwicklung durch die Isolationselemente vereinfacht darüber hinaus auch die Montage der Energieübertragungsvorrichtung. Die Isolationselemente dienen als feste Bezugspunkte, was die Ausrichtung und Befestigung der Wicklungen erleichtert. Darüber hinaus erleichtert diese Struktur die Wartung, da einzelne Komponenten leicht identifiziert und ausgetauscht werden können, ohne dass die gesamte Vorrichtung demontiert werden muss.
Das beschriebene Herstellverfahren erlaubt auch eine flexible Anpassung der Energieübertragungsvorrichtung an verschiedene Anforderungen und Spezifikationen. Die koaxiale Anordnung und die modulare Natur der ringförmigen Isolationselemente erlauben eine einfache Skalierung der Vorrichtung für unterschiedliche Leistungsanforderungen und Einsatzbereiche.
Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass eine Vergussmasse zumindest abschnittsweise zwischen die Primärwicklung und dem ersten Primärisolationselement und/oder dem zweiten Primärisolationselement eingebracht und mittels der Vergussmasse fixiert wird und/oder eine Vergussmasse zumindest abschnittsweise zwischen die Sekundärwicklung und dem ersten Sekundärisolationselement und/oder dem zweiten Sekundärisolationselement eingebracht und mittels der Vergussmasse fixiert wird. Die Einbringung der Vergussmasse zwischen den Wicklungen und den Isolationselementen bietet den Vorteil einer zusätzlichen mechanischen Fixierung und einer verbesserten Hochvoltisolation. Die Vergussmasse schützt die Wicklungen vor Vibrationen und mechanischen Einflüssen und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit. Dies trägt zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Energieübertragungsvorrichtung bei. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 eine elektrische Maschine mit einem fremderregten Rotor in einer schematischen Axialschnittansicht,
Figur 2 einen fremderregten Rotor mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer Explosions- Axialschnittansicht,
Figur 3 eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung in einer Axialschnittdarstellung,
Figur 4 die primärseitigen Komponenten der Energieübertragungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung,
Figur 5 die sekundärseitigen Komponenten der Energieübertragungsvorrichtung in einer Explosionsdarstellung.
Die Figur 1 zeigt eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung 1 für einen Rotor 2 einer elektrischen Maschine 3, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Der Rotor 2 ist als Innenläufer konfiguriert und rotiert innerhalb des hohlzylindrischen Stators 25.
Zur Bestromung verfügt der Rotor 2 über einen induktiven Übertrager 4, welcher eine bestrombare Primärwicklung 5 und eine dazu beabstandete und koaxial angeordnete Sekundärwicklung 6 aufweist, welche ihrerseits mit einer Wicklung 7 des Rotors 2 elektrisch leitend koppelbar ist. Die Primärwicklung 5 ist in der gezeigten Ausführungsform feststehend, während sich die Sekundärwicklung 6 mit dem Rotor 2 dreht. Die Sekundärwicklung 6 ist dabei über das Gehäuse 26 an den Rotor 2 gekoppelt.
Auf der Sekundärseite ist die Sekundärwicklung 6 unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterelektronik 23, die ringscheibenartig ausgebildet und koaxial zur Rotordrehachse angeordnet ist, an die Wicklung 7 des Rotors 2 angebunden, was sich gut der Figur 2 entnehmen lässt.
Wie in der Figur 3 zu sehen, sind die Primärwicklung 5 und die Sekundärwicklung 6 jeweils als Folienwicklung ausgeführt. Die Primärwicklung 5 weist an einer ersten Stirnseite 8 der Energieübertragungsvorrichtung 1 ein erstes ringförmiges Primärisolationselement 9 und an einer zweiten Stirnseite 10 der Energieübertragungsvorrichtung 1 ein zweites ringförmiges Primärisolationselement 11 auf, welche so konfiguriert sind, dass die Primärwicklung 5 mittels der Primärisolationselemente 9,11 gegenüber den primären Flussleitelementen 12 isoliert ist.
Analog hierzu verfügt auch die Sekundärwicklung 6 an der ersten Stirnseite 8 der Energieübertragungsvorrichtung 1 über ein erstes ringförmiges Sekundärisolationselement 13 und an der zweiten Stirnseite 10 der Energieübertragungsvorrichtung 1 über ein zweites ringförmiges Sekundärisolationselement 14, welche ebenfalls so konfiguriert sind, dass die Sekundärwicklung 6 mittels der Sekundärisolationselemente 13,14 gegenüber sekundären Flussleitelementen 15 isoliert ist.
Aus der Figur 3 ist ferner ersichtlich, dass die Primärwicklung 5 an ihrer radial äußeren Mantelfläche eine Isolation 16 und die Sekundärwicklung 6 an ihrer radial äußeren Mantelfläche eine Isolation 17 aufweist. Die Primärwicklung 5 ist auf einem Primärträgerring 18 die Sekundärwicklung 6 auf einem Sekundärträgerring 19 gewickelt.
Wie in der Figur 3 dargestellt, weisen sowohl das erste Primärisolationselement 9 im Eingriffsbereich mit der Primärwicklung 5 ein C-artiges Querschnittsprofil auf als auch das zweite Primärisolationselement 11 , welches ebenfalls im Eingriffsbereich mit der Primärwicklung 5 über ein C-artiges Querschnittsprofil verfügt. In analoger Weise besitzt das erste Sekundärisolationselement 13 im Eingriffsbereich mit der Sekundärwicklung 6 und das zweite Sekundärisolationselement 14 im Eingriffsbereich mit der Sekundärwicklung 6 jeweils ein C-artiges Querschnittsprofil.
Die Figur 3 zeigt des Weiteren, dass die primären Flussleitelemente 12 im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind und die Primärisolationselemente 9,11 zumindest abschnittsweise umfassen. Auch die die sekundären Flussleitelemente 15 sind im Querschnitt U-förmig ausgebildet und umfassen die Sekundärisolationselemente 13,14 zumindest abschnittsweise.
In der Figur 3 ist ferner gezeigt, dass das zweite Primärisolationselement 11 ein Verbindungselement 20 aufweist, welches axial aus dem Primärisolationselement 9,11 herausragt und über das die Primärwicklung 5 elektrisch an eine elektrische Energiequelle anschließbar ist. Das Verbindungselement 20 weist einen axial verlaufenden Kanal 24 auf, durch den beispielsweise ein Anschlusskabel für die Primärwicklung 5 verläuft, das allerdings in der Figur 3 nicht gezeigt ist.
Was der Figur 3 auch entnommen werden kann ist, dass die Primärwicklung 5 gegenüber dem ersten Primärisolationselement 9 und dem zweiten Primärisolationselement 11 mittels einer Vergussmasse 21 fixiert sind. Auch die Sekundärwicklung 6 wird gegenüber dem ersten Sekundärisolationselement 13 und dem zweiten Sekundärisolationselement 14 mittels einer Vergussmasse 22 fixiert. Hierbei können die Vergussmassen 21 ,22 identisch oder voneinander verschieden sein.
Aus der Zusammenschau der Figuren 3-5 wird ersichtlich, dass sowohl die primären Flussleitelemente 12 als auch die sekundären Flussleitelemente 15 eine Ringform bilden. In der gezeigten Ausführungsform sind die primären Flussleitelemente 12 und die sekundären Flussleitelemente 15 aus Ferrit gebildet. Ein Verfahren zur Herstellung der kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung 1 kann die folgenden Schritte umfassen: Zunächst erfolgt eine Bereitstellung einer Primärwicklung 5 und einer Sekundärwicklung 6, die jeweils als Folienwicklung ausgeführt sind, und eines ersten ringförmigen Primärisolationselements 9 und eines zweiten ringförmigen Primärisolationselements 11 sowie eines ersten ringförmigen Sekundärisolationselements 13 und eines zweiten ringförmigen Sekundärisolationselements 14. Auch erfolgt eine Bereitstellung von primären Flussleitelementen 12 und sekundären Flussleitelementen 15.
Anschließend erfolgt die Anordnung des ersten ringförmigen Primärisolationselements 9 an einer ersten Stirnseite 8 der Primärwicklung 5 und des zweiten ringförmigen Primärisolationselements 11 an einer zweiten Stirnseite 10 der Primärwicklung 5, gefolgt von der Anordnung des ersten ringförmigen Sekundärisolationselements 13 an einer ersten Stirnseite 8 der Sekundärwicklung 6 und des zweiten ringförmigen Sekundärisolationselements 14 an der zweiten Stirnseite 10 der Sekundärwicklung 6.
Hiernach werden dann die primären Flussleitelemente 12 an dem ersten Primärisolationselement 9 und an dem zweiten Primärisolationselement 11 angeordnet, so dass die Primärwicklung 5 mittels der Primärisolationselemente 9,11 gegenüber den primären Flussleitelementen 12 isoliert ist. In analoger Weise erfolgt auch die Anordnung der sekundären Flussleitelemente 15 an dem ersten Sekundärisolationselement 13 und/ an dem zweiten Sekundärisolationselement 14, so dass auch die Sekundärwicklung 6 mittels der Sekundärisolationselemente 13,14 gegenüber den sekundären Flussleitelementen 15 isoliert ist.
Dann wird eine Vergussmasse 21 zumindest abschnittsweise zwischen die Primärwicklung 5 und dem ersten Primärisolationselement 9 und dem zweiten Primärisolationselement 11 eingebracht und mittels der Vergussmasse 21 fixiert. Analog hierzu wird dann auch eine Vergussmasse 22 zumindest abschnittsweise zwischen die Sekundärwicklung 6 und dem ersten Sekundärisolationselement 13 und dem zweiten Sekundärisolationselement 14 eingebracht und mittels der Vergussmasse 22 fixiert. 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' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezuqszeichenliste
1 Energieübertragungsvorrichtung
2 Rotor
3 elektrische Maschine
4 Übertrager
5 Primärwicklung
6 Sekundärwicklung
7 Wicklung
8 Stirnseite
9 Primärisolationselement
10 Stirnseite
11 Primärisolationselement
12 Flussleitelemente
13 Sekundärisolationselement
14 Sekundärisolationselement
15 Flussleitelemente
16 Isolation
17 Isolation
18 Primärträgemng
19 Sekundärträgerring
20 Verbindungselement
21 Vergussmasse
22 Vergussmasse
23 Gleichrichterelektronik
24 Kanal
25 Stator
26 Gehäuse

Claims

Ansprüche
1 . Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung (1 ) für einen Rotor (2) einer elektrischen Maschine (3), insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen induktiven Übertrager (4), welcher eine bestrombare Primärwicklung
(5) und eine dazu beabstandete und koaxial angeordnete Sekundärwicklung
(6) aufweist, welche ihrerseits mit einer Wicklung (7) des Rotors (2) elektrisch leitend koppelbar ist, wobei die Primärwicklung (5) und die Sekundärwicklung (6) jeweils als Folienwicklung ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (5) an einer ersten Stirnseite (8) der Energieübertragungsvorrichtung (1 ) ein erstes ringförmiges Primärisolationselement (9) und an einer zweiten Stirnseite (10) der Energieübertragungsvorrichtung (1 ) ein zweites ringförmiges Primärisolationselement (11 ) aufweist, welche so konfiguriert sind, dass die Primärwicklung (5) mittels der Primärisolationselemente (9,11 ) gegenüber primären Flussleitelementen (12) isoliert ist, und die Sekundärwicklung (6) an der ersten Stirnseite (8) der Energieübertragungsvorrichtung (1 ) ein erstes ringförmiges Sekundärisolationselement (13) und an der zweiten Stirnseite (10) der Energieübertragungsvorrichtung (1 ) ein zweites ringförmiges Sekundärisolationselement (14) aufweist, welche so konfiguriert sind, dass die Sekundärwicklung (6) mittels der Sekundärisolationselemente (13,14) gegenüber sekundären Flussleitelementen (15) isoliert ist.
2. Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (5) an ihrer radial äußeren Mantelfläche eine Isolation (16) aufweist und/oder die Sekundärwicklung (6) an ihrer radial äußeren Mantelfläche eine Isolation (17) aufweist.
3. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (5) auf einem Primärträgerring (18) gewickelt ist und/oder die Sekundärwicklung (6) auf einem Sekundärträgerring (19) gewickelt ist.
4. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Primärisolationselement (9) im Eingriffsbereich mit der Primärwicklung
(5) ein C-artiges Querschnittsprofil aufweist und/oder das zweite Primärisolationselement (11) im Eingriffsbereich mit der
Primärwicklung (5) ein C-artiges Querschnittsprofil aufweist und/oder das erste Sekundärisolationselement (13) im Eingriffsbereich mit der
Sekundärwicklung (6) ein C-artiges Querschnittsprofil aufweist und/oder das zweite Sekundärisolationselement (14) im Eingriffsbereich mit der Sekundärwicklung (6) ein C-artiges Querschnittsprofil aufweist
5. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Flussleitelemente (12) im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind und die Primärisolationselemente (9,11) zumindest abschnittsweise umfassen und/oder die sekundären Flussleitelemente (15) im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind und die Sekundärisolationselemente (13,14) zumindest abschnittsweise umfassen.
6. Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Primärisolationselement (9) oder das zweite Primärisolationselement (11 ) ein Verbindungselement (20) aufweist, welches axial aus dem Primärisolationselement (9,11 ) herausragt und über das die Primärwicklung (5) elektrisch an eine elektrische Energiequelle anschließbar ist.
7. Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (5) gegenüber dem ersten Primärisolationselement (9) und/oder dem zweiten Primärisolationselement (11 ) mittels einer Vergussmasse (21 ) fixiert sind/ist und/oder die Sekundärwicklung (6) gegenüber dem ersten Sekundärisolationselement (13) und/oder dem zweiten Sekundärisolationselement (14) mittels einer Vergussmasse (22) fixiert sind/ist.
8. Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Flussleitelemente (12) eine Ringform bilden und/oder die sekundären Flussleitelemente (15) eine Ringform bilden.
9. Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Flussleitelemente (12) aus Ferrit und/oder die sekundären Flussleitelemente (15) Ferrit gebildet sind/ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung (1 ) für einen Rotor (2) einer elektrischen Maschine (3), insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellung einer Primärwicklung (5) und einer Sekundärwicklung (6), die jeweils als Folienwicklung ausgeführt sind;
• Bereitstellung eines ersten ringförmigen Primärisolationselements (9) und eines zweiten ringförmigen Primärisolationselements (11 );
• Bereitstellung eines ersten ringförmigen Sekundärisolationselements (13) und eines zweiten ringförmigen Sekundärisolationselements (14);
• Bereitstellung von primären Flussleitelemente (12) und sekundären Flussleitelemente (15);
• Anordnung des ersten ringförmigen Primärisolationselements (9) an einer ersten Stirnseite (8) der Primärwicklung (5) und des zweiten ringförmigen Primärisolationselements (11 ) an einer zweiten Stirnseite (10) der Primärwicklung (5);
• Anordnung des ersten ringförmigen Sekundärisolationselements (13) an einer ersten Stirnseite (8) der Sekundärwicklung (6) und des zweiten ringförmigen Sekundärisolationselements (14) an der zweiten Stirnseite (10) der Sekundärwicklung (6);
• Anordnung der primären Flussleitelemente (12) an dem ersten Primärisolationselement (9) und/oder an dem zweiten Primärisolationselement (11 ), so dass die Primärwicklung (5) mittels der Primärisolationselemente (9,11 ) gegenüber den primären Flussleitelementen (12) isoliert ist; • Anordnung der sekundären Flussleitelemente (15) an dem ersten Sekundärisolationselement (13) und/oder an dem zweiten Sekundärisolationselement (14), so dass die Sekundärwicklung (6) mittels der Sekundärisolationselemente (13,14) gegenüber den sekundären Flussleitelementen (15) isoliert ist.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergussmasse (21 ) zumindest abschnittsweise zwischen die Primärwicklung (5) und dem ersten Primärisolationselement (9) und/oder dem zweiten Primärisolationselement (11 ) eingebracht und mittels der Vergussmasse (21 ) fixiert wird und/oder eine Vergussmasse (22) zumindest abschnittsweise zwischen die Sekundärwicklung (6) und dem ersten Sekundärisolationselement (13) und/oder dem zweiten Sekundärisolationselement (14) eingebracht und mittels der Vergussmasse (22) fixiert wird.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090295523A1 (en) * 2005-10-27 2009-12-03 Denis Schwander Rotating Transformer
DE102012201826A1 (de) 2011-02-28 2012-08-30 Gm Global Technology Operations, Llc Hochfrequenz -Drehtransformator für Synchron-Elektromaschinen
DE102017214776A1 (de) 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Fertigen eines Rotors für eine elektrische Maschine mit berührungslosem Leistungsübertragungssystem sowie Rotor, elektrische Maschine und Kraftfahrzeug
CN217061745U (zh) * 2021-12-09 2022-07-26 华为数字能源技术有限公司 一种变压器、电机及车辆

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022201589A1 (de) * 2022-02-16 2023-08-17 Zf Friedrichshafen Ag Rotoranordnung für eine fremderregte Synchronmaschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090295523A1 (en) * 2005-10-27 2009-12-03 Denis Schwander Rotating Transformer
DE102012201826A1 (de) 2011-02-28 2012-08-30 Gm Global Technology Operations, Llc Hochfrequenz -Drehtransformator für Synchron-Elektromaschinen
DE102017214776A1 (de) 2017-08-23 2018-04-26 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Fertigen eines Rotors für eine elektrische Maschine mit berührungslosem Leistungsübertragungssystem sowie Rotor, elektrische Maschine und Kraftfahrzeug
CN217061745U (zh) * 2021-12-09 2022-07-26 华为数字能源技术有限公司 一种变压器、电机及车辆

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