WO2024088468A1

WO2024088468A1 - Übertrager für fremderregte synchronmaschinen: integration über lager

Info

Publication number: WO2024088468A1
Application number: PCT/DE2023/100740
Authority: WO
Inventors: Martin Kunkemoeller; Thomas Hurle; Jan Michel WASSERMANN; Bao Ngoc AN; Richard Bernauer; Christian Hartmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-10-27
Filing date: 2023-10-06
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: DE102022128542A1; CN119998901A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Gehäuseteil (6) welches drehstarr mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine koppelbar ist, und einen induktiven Übertrager, welcher eine bestrombare Primärspule (1 ) und eine dazu beabstandete Sekundärspule (2) aufweist, welche mit einer Wicklung des Rotors elektrisch leitend koppelbar ist, ein Wälzlager (5), mittels dessen eine Rotorwelle (7) drehbar gegenüber dem Gehäuseteil (6) gelagert ist, wobei die Primärspule (1 ) des induktiven Überträgers (5) drehstarr gegenüber dem Gehäuseteil (6) auf diesem positioniert ist, und das Wälzlager (5) innerhalb des Gehäuseteils (6) derart angeordnet ist, dass die Primärspule (1 ) und das Wälzlager (5) koaxial angeordnet sind, und die Sekundärspule (2) des induktiven Überträgers innerhalb eines Übertragergehäuses (8) angeordnet ist, wobei dieses mit dem Rotor drehfest verbunden ist.

Description

Übertrager für fremderreqte Synchronmaschinen: Integration über Lager

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.

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.

Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011 , Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.

Neben den rein elektrisch betriebenen Antriebssträngen sind auch hybride Antriebsstränge bekannt. Derartige Antriebsstränge eines Hybridfahrzeuges umfassen üblicherweise eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, und ermöglichen - beispielsweise in Ballungsgebieten - eine rein elektrische Betriebsweise bei gleichzeitiger ausreichender Reichweite und Verfügbarkeit gerade bei Überlandfahrten. Zudem besteht die Möglichkeit, in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und den Elektromotor anzutreiben. Je nach Ausführungsform weisen sowohl rein elektrische als auch hybride Antriebstränge ein Getriebe auf, welches beispielsweise zur Anpassung der Drehzal- und Leistungsbereiche Verwendung findet.

Bei der Entwicklung der für E-Achsen oder Hybridmodule vorgesehenen elektrischen Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten und Effi- zienz 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 Kern beispielsweise aus Ferrit. Ein derartiger Kem kann aus einem oder mehreren Teilen gefertigt sein.

Beispielsweise können alle Teile des Kerns 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.

Die Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr eine kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, die auch bei hohen zu übertragenen elektrischen Leistungen einen kompakten Aufbau und eine hohe Betriebssicherheit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Die Primärspule der Energieübertragungsvorrichtung - kurz des Übertragers - einer elektrischen Maschine, umfassend einen Ferritkern und Wicklungen, ist koaxial um ein Wälzlager, folgend auch Rotorlager genannt, umfassend einen Lageraußenring, herum angeordnet. Dabei ist der Lageraußenring in ein Gehäuseteil gefügt, auf dessen Außendurchmesser die Primärspule platziert ist. Das Gehäuseteil ist integraler Bestandteil eines Lagerschilds oder daran angebunden. Diese Anordnung kann sowohl auf einer einem Getriebe zugewandten als auch einer dem Getriebe abgewandten Seite der elektrischen Maschine umgesetzt werden. Das Gehäuseteil ist bevorzugt als im Wesentlichen rotationssymmetrischer Körper ausgebildet, welcher in zwei Zylinderringabschnitt unterteilt werden kann. Der zweite Zylinderringabschnitt erstreckt sich, ausgehend von einer äußeren Mantelfläche eines ersten Zylinderringabschnitts nach radial außen.

Die koaxiale Anordnung von Rotorlager und Übertrager ermöglicht es, axialen Bauraum einzusparen und die äußeren Abmessungen der Maschine kompakt zu halten. Zudem kann somit für die elektrische Maschine eine Bauform mit radialem Luftspalt und flachem aber axial langen Spulenquerschnitt gewählt werden, was elektromagnetisch vorteilhaft ist.

Die Primärspule ist thermisch an das Gehäuseteil, auf das sie angeordnet ist, angebunden, sodass Wärme aus der Primärspule über das Gehäuseteil insbesondere an ein Maschinengehäuse der elektrischen Maschine abgeführt werden und eine thermische Überlastung vermieden werden kann.

Eine Wechselrichterelektronik zur Speisung der Primärseite ist zwischen Gehäuseteil und Primärspule integriert und thermisch an das Gehäuseteil, welches insbesondere als Lagerschild ausgeführt ist, angebunden. Somit kann Wärme aus der Wechselrichterelektronik insbesondere an das Maschinengehäuse abgeführt werden und eine thermische Überlastung vermieden werden kann.

Die Anordnung aus Primärspule, Wechselrichterelektronik und Gehäuseteil stellen eine in sich abgeschlossen herstellbare und testbare Einheit dar, wodurch die Qualität der Maschine erhöht, und Ausschuss verringert werden kann. In anderen Worten bilden die Primärspule, die Wechselrichterelektronik und das Gehäuseteil eine modulartige bauliche Einheit.

In einer Ausgestaltung ist in das Gehäuseteil, welches insbesondere als Lagerschild ausgeführt ist, mindestens ein zumindest abschnittsweise radial oder tangential verlaufender Kanal zur Führung einer Kühlflüssigkeit integriert, wodurch die Wärmeabfuhr verbessert wird. Der Kanal ist insbesondere als Durchgangsöffnung im inneren des Gehäuseteils angeordnet. Der Wärmeübergang erfolgt somit von Wechselrichterelektronik über Gehäuseteil an das Kühlmedium. Die Wechselrichterelektronik ist dabei an einer axialen Fläche des Gehäuseteils angeordnet. Die axiale Fläche ist bevorzugterweise der elektrischen Maschine zugewandt.

In einer weiteren Ausgestaltung ist im Lagerschild mindestens eine Nut ausgebildet, die durch die Wechselrichterelektronik abgedeckt wird und somit einen Kanal zur Führung einer Kühlflüssigkeit ausbildet. Innerhalb der Nut können Elemente wie Rippen oder Pins zur Vergrößerung der Oberfläche zum Kühlmedium hin ausgebildet sein.

Dadurch kann die Wärmeabfuhr aus Primärspule und Wechselrichterelektronik weiter verbessert werden.

In einer Ausgestaltung werden die Primärspule und die Wechselrichterelektronik auf dem Gehäuseteil mit einer Epoxidmasse vergossen oder mit Kunststoff umspritzt, wodurch Schutz gegen Umwelteinflüsse, thermische Ankopplung und elektrische Isolation der Komponenten verbessert wird.

Die Sekundärspule umfasst einen Ferritkern und eine Wicklung, ist in ein im Wesentlichen topfförmiges Gehäuse gefügt, welches im Weiteren auch Übertragergehäuse genannt wird. In anderen Worten ist das Übertragergehäuse als Hohlzylinder ausgebildet, welches bevorzugt an einem distalen Ende eine Verbindung zur Montage insbesondere an oder auf dem Rotor, insbesondere einer Rotorwelle aufweist. Die Gleichrichterelektronik ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses platziert und ist an das Gehäuse thermisch angebunden. Das Gehäuse wird bevorzugt in axialer Richtung an dem Rotorgehäuse oder Rotorkörper montiert. Das Gehäuse weist Öffnungen zur Durchführung elektrischer Leitungen auf. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Aluminium oder glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Das Gehäuse kann mehrteilig aufgebaut sein. Alternativ kann das Gehäuse integral mit dem Rotorgehäuse o- der Rotorkörper verbunden sein oder aus einem der vorgenannten ausgebildet sein.

Durch diese Anordnung werden Gleichrichterelektronik und Sekundärspule drehzahlfest abgestützt und thermisch an das Rotorgehäuse gekoppelt, sodass Wärme abgeführt werden kann. Zudem kann Wärme über die radialen Außenflächen des Übertra- gergehäuses konvektiv abgeführt werden.

Die sekundärseitige Anordnung umfasst die Sekundärspule, Gleichrichterelektronik und Übertragergehäuse. Sie stellt eine in sich abgeschlossen herstellbare und testbare Einheit dar, wodurch die Qualität der Maschine erhöht, und Ausschuss verringert werden kann. In anderen Worten bilden die Sekundärspule, die Gleichrichterelektronik und das Übertragergehäuse eine modulartige bauliche Einheit.

In einer Ausgestaltung wird die Außenflächen des Übertragergehäuses mit tangentialen Rippen versehen, wodurch Drehzahlfestigkeit und konvektive Wärmeabfuhr verbessert werden.

In einer Ausgestaltung werden Gleichrichterelektronik und Sekundärspule in dem Übertragergehäuses mit einer Epoxidmasse vergossen oder mit Kunststoff umspritzt wodurch Schutz gegen Umwelteinflüsse, thermische Ankopplung und elektrische Isolation der Komponenten verbessert wird.

In einer weiteren Ausgestaltung bilden mindestens ein Hohlraum zwischen dem Rotorgehäuse und dem Übertragergehäuse einen Kanal zur Führung eines Kühlmediums aus, wodurch die Wärmeabfuhr aus der sekundärseitigen Anordnung verbessert wird.

Im Folgenden werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes erläutert.

Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Der Rotor umfasst insbesondere eine Rotorwelle. Die Rotorwelle kann hohl ausgeführt sein, was zum einen eine Gewichtsersparnis zur Folge hat und was zum anderen die Zufuhr von Schmier- oder Kühlmittel zum Rotorkörper erlaubt. Bevorzugt ist die Hohlwelle der kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung eine zumindest abschnittsweise hohl ausgeführte Rotorwelle eines Rotors einer elektrischen Maschine.

Die elektrische Maschine kann insbesondere als Rotationsmaschine ausgebildet sein. Die Rotationsmaschine kann insbesondere als Radialflussmaschine konfiguriert sein. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken. Als Luftspalt wird der zwischen dem Rotor und dem Stator existierende Spalt bezeichnet. Bei einer Radialflussmaschine ist das ein im Querschnitt kreisringförmiger Spalt mit einer radialen Breite, die dem Abstand zwischen Rotorkörper und Statorkörper entspricht.

Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines Antriebsstrang eines hybrid- oder vollelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehen. Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 50 kW, vorzugsweise größer als 80 kW und insbesondere größer als 150 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektri- sehe Maschine Drehzahlen größer als 8.000 ll/min, besonders bevorzugt größer als 12.000 ll/min, ganz besonders bevorzugt größer als 1500 ll/min bereitstellt.

Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen

Der induktive Übertrager ist so konfiguriert, dass elektrische Leistungen vorzugsweise größer als 1 kW und besonders bevorzugt größer als 2kW zumindest kurzfristig übertragbar sind, ohne den Übertrager elektrisch oder thermisch zu überlasten. Höchst bevorzugt ist der induktive Überträger konfiguriert, elektrische Leistungen zwischen 0,5kW-10kW, bevorzugt zwischen 1 kW-5kW, besonders bevorzugt zwischen 2kW- 4kW zu übertragen.

Die Wicklungen des Übertragers sind aus einem elektrisch leitfähigen, aber nicht ferromagnetischen Material, wie z.B. Kupfer oder Aluminium, gefertigt, und zueinander elektrisch isoliert ausgebildet. Bevorzugt sind die Wicklungen tangential um laufend zur Hohlwelle ausgerichtet, so dass sich ein zylinderringartiger Wicklungskörper mit einem Durchmesser und einer Längserstreckung in axialer Richtung ergibt. Höchst bevorzugt werden die Wicklungen dabei um und/oder in einen Kern aus einem ferromagnetischen Material gewickelt.

Die Wicklungen können aus einem oder mehreren elektrischen Leitern mit einem kreisrunden Querschnitt gebildet sein. Es ist auch denkbar, dass die die Wicklung bildenden elektrischen Leiter eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweisen, insbesondere eine Rechteckform. Besonders bevorzugt können die Wicklungen aus isolierten Kupferfolien gebildet sein, die ähnlich wie bei einer Toilettenpapierrolle umeinander gewickelt sein können.

Die Primärwicklung kann gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung eine höhere Anzahl an Windungen aufweisen als die Sekundärwicklung. Damit kann bei der Übertragung der elektrischen Energie zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung zugleich eine Spannungswandlung von der vergleichsweisen hohen Batteriespannung auf die niedrigere Rotorspannung realisiert werden.

In diesem Zusammenhang ist es des Weiteren bevorzugt, dass an der Primärwicklung eine elektrische Spannung von 40-1500V, bevorzugt 100-1000V, höchst bevorzugt 300-850V anliegt. Ferner ist es in diesem Zusammenhang zu bevorzugen, dass an der Sekundärwicklung eine Spannung von 70-500 V anliegt.

Der Primärkern und/oder der Sekundärkern sind/ist aus einem ferromagnetischen Material gefertigt, bevorzugt aus einem Ferritmaterial. Der Primärkern und/oder Sekun- därkern kann mehrteilig ausgeführt sein. Die jeweiligen Kernteile sind bevorzugt im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, können aber Elemente und Aussparungen zur Fixierung oder Durchführung weiterer Komponenten enthalten.

Besonders bevorzugt besitzen/besitzt der Primärkern und/oder der Sekundärkern jeweils eine ringartige Raumform. Höchst bevorzugt weisen/weist der Primärkern und/oder der Sekundärkern eine im Querschnitt U-förmige Querschnittskontur mit einer um laufenden Nut auf. Bevorzugt sind die Nuten der U-förmigen Querschnittskonturen von Primärkern und Sekundärkern aufeinander zu gerichtet. Es ist insbesondere auch bevorzugt, dass die Primärwicklung in der Nut des Primärkerns verläuft und/oder die Sekundärwicklung in der Nut des Sekundärkerns.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Begriffe wie „radial“, „axial“ oder ähnlich beziehen sich auf die Rotationsachse der elektrischen Maschine, es sei denn, es wird explizit eine davon abweichende Referenzierung verwendet. Weiter sind aufgrund der besseren Lesbarkeit der Figuren gegebenenfalls nur einzelne oder wenige identische Elemente eines Bezugszeichens versehen.

Es zeigt:

Figur 1 eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer ersten Ausführungsform,

Figur 2 eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer zweiten Ausführungsform,

Figur 3 eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer dritten Ausführungsform,

Figur 4 eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer vierten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer ersten Ausführungsform. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich um eine sog. fremderregte Synchronmaschine. Der Rotor 110 umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 7 sowie einen Rotorkörper, in welchem Wicklungen zur Ausbildung eines Magnetfelds angeordnet sind. Der Rotorkörper wird von einem Rotorgehäuse 13 in axialer Richtung verschlossen. Die Rotorwelle 7 ist über ein Wälzlager 7 in einem als Lagerschild ausgeführten Gehäuseteil 6 drehbar angeordnet. Das Gehäuseteil ist dabei als Rotationskörper ausgebildet, welcher einen ersten Zylinderringabschnitt mit einer inneren Mantelfläche und einer äußeren Mantelfläche aufweist. Das Wälzlager ist mit seinem Außenring an der inneren Mantelfäche angeordnet. An der äußeren Mantelfäche ist eine Primärspule 1 eines induktiven Übertragers einer Energieübertragungsvorrichtung angeordnet. Die Primärspule 1 und das Wälzlager 5 weisen dabei in axialer Richtung eine Überdeckung zumindest abschnittsweise auf. Weiter sind das Wälzlager 5 und die Primärspule 1 . koaxial angeordnet. Die Primärspule 1 umfasst einen Ferritkern 9 sowie eine Wicklung 10. Ein zweiter Zylinderringabschnitt des Gehäuseteils 6 erstreckt sich ausgehend von der äußeren Mantelfläche des ersten Zylinderringabschnitts in radialer Richtung. Somit bilden der erste Zylinderringabschnitt und der zweite Zylinderringabschnitt einen L-förmigen Querschnitt aus, wobei ein Schenkel parallel zu einer Rotationsachse des Rotors ausgerichtet ist und der andere Schenkel sich nach radial außen erstreckt. An einer ersten axialen Fläche des zweiten Zylinderringabschnitts ist eine Wechselrichterelektronik 3 angeordnet. Die erste axiale Fläche des zweiten Zylinderringabschnitts ist dem Rotor 110 zugewandt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Primärspule 1 und die Wechselrichterelektronik 3 mit einer Epoxidmasse zum Schutz vor Umwelteinflüssen sowie zur Verbesserung der thermischen Ankopplung und zur Verbesserung der elektrischen Isolation der Komponenten vergossen. Die Primärspule 1 , die Wechselrichterelektronik 3 und das Gehäuseteil 6 bilden somit eine modulartige bauliche Einheit.

An dem Rotorgehäuse 13 ist in axialer Richtung ein Übertragergehäuse 8 angeordnet und mit dem Rotorgehäuse 13 drehfest verbunden. In dem Übertragergehäuse ist an einer inneren Mantelfläche eine Sekundärwicklung 2 angeordnet. Die Sekundärspule 2 umfasst einen Ferritkern 11 sowie eine Wicklung 12. Die Sekundärwicklung 2 ist dabei koaxial zur Primärwicklung 1 angeordnet und mit selbiger in axialer Richtung in Überdeckung. Das Übertragergehäuse 8 weist eine dem Rotor abgewandte axiale Fläche auf, an welcher eine Gleichrichteelektronik 4 angeordnet ist. Die Sekundärwicklung ist über die Gleichrichteelektronik 4mit den Wicklungen des Rotors elektrisch leitend verbunden, was in der Ansicht jedoch nicht dargestellt ist. In der dargestellten Ausführungsform sind die Sekundärspule 2 und die Gleichrichteelektronik 4 mit einer Epoxidmasse zum Schutz vor Umwelteinflüssen sowie zur Verbesserung der thermischen Ankopplung und zur Verbesserung der elektrischen Isolation der Komponenten vergossen. Die Sekundärspule 2, die Gleichrichterelektronik 4 und das Übertragergehäuse 8 bilden somit eine modulartige bauliche Einheit.

Fig. 2 zeigt eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich zur ersten Ausführungsform der Fig. 1 lediglich durch Kanäle 16 in dem zweiten Zylinderringabschnitt des Gehäuseteils 6. Die Kanäle sind zur Führung einer Kühlflüssigkeit ausgebildet und mit einem nicht dargestellten Kühlsystem verbunden. Die Kühlkanäle verlaufen abschnittsweise in radialer sowie tangentialer Richtung innerhalb des Gehäuseteils 6 und bilden so eine mäanderförmige Struktur aus. Die Kanäle 16 sind in radialer Richtung im Bereich der Wechselrichterelektronik 3 angeordnet, um hier eine möglichst gute Entwärmung zu realisieren. Die Kanäle 16 sind als geschlossene Leitungen im Gehäuseteil 6 ausgebildet, die Kühlflüssigkeit ist somit nicht im direkten Kontakt mit der Wechselrichterelektronik 3.

Fig. 3 zeigt eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer dritten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform erlaubt eine direkte Kühlung bzw. Entwärmung der Wechselrichterelektronik 3. Im zweiten Zylinderringabschnitt ist in der ersten axialen Fläche eine Nut 17 ausgebildet, welche durch die Wechselrichterelektronik 3 verschlossen ist und somit einen Kanal 16 zur Führung einer Kühlflüssigkeit ausbildet. In der Nut sind Rippen (18) zur Vergrößerung der Kühloberfläche ausgebildet. Somit ergibt sich eine bessere Entwärmung. Auch wenn die zweite und die dritte Ausführungsform als Alternativen dargestellt sind, ist eine Kombination der geschlossenen Kanäle der zweiten Ausführungsform mit dem Kanal der dritten Ausführungsform möglich.

Fig. 4 zeigt eine elektrische Maschine mit einer kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung in einer schematischen Axialschnittdarstellung in einer vierten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich zu der ersten Ausführungsform durch die im Folgenden dargestellten Elemente. Die vierte Ausführungsform ist sowohl mit der zweiten Ausführungsform als auch der dritten Ausführungsform kombinierbar. In der vierten Ausführungsform weist eine radiale Außenflächen des Übertra- gergehäuses 8 Rippen 17 auf, welche im Wesentlichen in tangential verlaufen. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Drehzahlfestigkeit sowie eine verbesserte konvektive Wärmeabfuhr aufgrund der vergrößerten Oberfläche der radialen Außenfläche. Weiter ist ein Hohlraum 20 zwischen dem Rotorgehäuse und dem Übertragergehäuse angeordnet, welcher einen Kanal 16 zur Führung eines Kühlmediums ausbildet und mit einem nicht dargestellten Kühlsystem verbunden ist. Hierdurch wird die Wärmeabfuhr insbesondere im Bereich der Gleichrichteelektronik 4 sowie der Sekundärspule 2 verbessert.

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 definie- ren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Bezuqszeichenliste ule le spritzung spritzung

Claims

Patentansprüche

1 . Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, umfassend

- eine Gehäuseteil (6) welches drehstarr mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine koppelbar ist, und

- einen induktiven Übertrager, welcher eine bestrombare Primärspule (1 ) und eine dazu beabstandete Sekundärspule (2) aufweist, welche mit einer Wicklung des Rotors elektrisch leitend koppelbar ist,

- ein Wälzlager (5), mittels dessen eine Rotorwelle (7) drehbar gegenüber dem Gehäuseteil (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule (1 ) des induktiven Überträgers (5) drehstarr gegenüber dem Gehäuseteil (6) auf diesem positioniert ist, und das Wälzlager (5) innerhalb des Gehäuseteils (6) derart angeordnet ist, dass die Primärspule (1 ) und das Wälzlager (5) koaxial angeordnet sind, und die Sekundärspule (2) des induktiven Überträgers innerhalb eines Übertragergehäuses (8) angeordnet ist, wobei dieses mit dem Rotor drehfest verbunden ist

2. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Primärwicklung (6) und die Sekundärwicklung (7) des induktiven Übertragers (5) koaxial zueinander innerhalb des Übertragergehäuses (8) angeordnet sind.

3. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wälzlager (5) einen Innenring und einen Außenring aufweist, zwischen denen eine Mehrzahl an Wälzkörpern (28) aufgenommen ist, wobei der Innenring drehfest mit der Rotorwelle (7) und der Außenring drehtest mit dem Gehäuseteil (6) verbunden ist.

4. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Gehäuseteil (6) einen ersten Zylinderringabschnitt aufweist, an dessen äußeren Mantelfläche die Primärspule (1 ) angeordnet ist, und an dessen innerer Mantelfläche der Außenring des Wälzlagers (5) derart angeordnet ist, dass das Wälzlager und die Primärspule zumindest abschnittsweise in Überdeckung sind.

5. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Gehäuseteil (6) einen zweiten Zylinderringabschnitt aufweist, welcher sich ausgehend von der äußeren Mantelfläche des ersten Zylinderringabschnitts nach radial außen erstreckt, wobei an einer ersten axialen Fläche des zweiten Zylinderringabschnitts, welche dem Rotor zugewandt ist, die Wechselrichterelektronik (3) angeordnet ist.

6. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gehäuseteil (6) ein Lagerschild der elektrischen Maschine ist.

7. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gehäuseteil einen Kanal (16) zur Führung einer Kühlflüssigkeit aufweist.

8. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Kanal (16) im zweiten Zylinderringabschnitt von einer Nut in der ersten axialen Fläche und durch die die Nut abdeckende Wechselrichterelektronik (3) ausgebildet ist.

9. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Primärspule (1 ), die Wechselrichterelektronik (3) und das Gehäuseteil (6) eine modulartige bauliche Einheit bilden.

10. Kontaktlose Energieübertragungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sekundärspule (2), die Gleichrichterelektronik (4) und das Übertragerge- häuse (8) eine modulartige bauliche Einheit bilden.