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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektromaschine mit einem Kontaktierungsmodul und einem Kühlmodul.
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Es sind Elektromaschinen zur Umwandlung von elektrischer Leistung in eine mechanische Leistung bekannt. Die Elektromaschinen weisen für gewöhnlich einen Stator mit Statorwicklungen sowie einen Rotor auf. Ein Stator ist innerhalb der Elektromaschine fest angeordnet. Ein Rotor dient der Leistungsübertragung auf eine Antriebswelle. In der maschinellen Fertigung von Statoren werden die Statorwicklungen für gewöhnlich in Nuten des Stators angeordnet und an den Stirnseiten des Stators miteinander verbunden und/oder verschaltet. Es sind eine Vielzahl unterschiedlicher Verschaltungen der Statorwindungen bekannt. Eine Elektromaschine produziert bei der Umwandlung der elektrischen Leistung in mechanische Leistung große Wärmemengen. Für gewöhnlich wird zur kontrollierten Beeinflussung der Temperatur der Elektromaschine eine Statorkühlung in Form einer Mantelkühlung des Stators oder in Form einer Besprühung der Wickelköpfe mit einem Kühlmedium vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2013 113 363 A1 ist ein Stator für einen Gleichstrommotor bekannt. Die Statorwicklungsenden sind mit einer elektronischen Schaltung verbunden. Die Statorwicklungsenden ragen an einer Stirnseite des Stators über das Statorpaket hinaus in einen Führungskörper, der eine senkrecht zur Mittelachse des Statorpakets erstreckende Wand aufweist, auf deren zum Statorpaket gegenüberliegenden axialen Fläche Isolationskörper und Verbindungskörper aufliegen.
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Die
DE 10 2014 225 997 A1 offenbart eine Elektromotoranordnung, umfassend eine Motoreinheit mit zumindest einem Motoreinheit-Phasenanschluss, eine Leistungselektronikeinheit mit zumindest einem Leistungselektronikeinheit-Phasenanschluss, wobei der zumindest eine Motoreinheit-Phasenanschluss und der zumindest eine Leistungselektronikeinheit-Phasenanschluss durch die zumindest eine Phasenanschlussöffnung hindurchragen.
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Aus der
DE 10 2016 114 723 A1 ist eine elektrische, im Wesentlichen ringförmige Anschlussvorrichtung für einen Stator eines Elektromotors mit eingezogener Runddrahtwicklung bekannt. Die Anschlussvorrichtung weist einen elektrisch isolierenden Bodenring, einen darauf aufliegenden, elektrisch leitenden Sternring mit einer Vielzahl von sich radial nach außen erstreckenden, äußeren Anschlusskontakten, drei baugleiche Paare, aufweisend jeweils einen unteren, elektrisch isolierenden Zwischenring und einen darauf aufliegenden, oberen elektrisch leitenden Anschlussring mit sich radial nach außen erstreckenden, äußeren Anschlusskontakten und mit einem sich von dessen radialer Innenseite in axialer Richtung nach oben erstreckenden, oberen Anschlusskontakt und eine im Wesentlichen ringförmige Abdeckung, die den oberen Anschlussring abdeckt, aus der die drei oberen Anschlusskontakte der elektrisch leitenden Anschlussringe nach oben herausstehen und die die äußeren Anschlusskontakte radial nach außen hin abdeckt auf, wobei die drei Paare von elektrisch isolierenden Zwischenringen und von elektrisch leitenden Anschlussringen so in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind, dass ihre äußeren Anschlusskontakte jeweils an voneinander in Umfangsrichtung beabstandeten Anschlusspositionen liegen und dass ihre oberen Anschlusskontakte an voneinander in Umfangsrichtung beabstandeten Kontaktpositionen liegen.
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Aus der
US 7 723 879 B2 ist eine weitere Verschaltungsmöglichkeit der Statorwicklungen an den Stirnseiten des Statorpakets bekannt.
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Es ist den bekannten Lösungen nachteilig gemeinsam, dass eine Verschaltung der Statorwicklungen keine Kühlmaßnahmen, insbesondere keine bauraumoptimierten Kühlmaßnahmen, aufweisen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor aufgeführten Nachteile bei Elektromaschinen, insbesondere die fehlenden Kühlmaßnahmen, insbesondere die fehlenden bauraumoptimierten Kühlmaßnahmen, der Verschaltung der Statorwicklungen, zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektromaschine mit einem Kontaktierungsmodul und einem Kühlmodul zur Verfügung zu stellen, die eine bauraumoptimierte Verschaltung und Kühlung der Statorwicklungen, insbesondere der stirnseitigen Enden der Statorwicklungen, auf einfache Art und Weise ermöglichen.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Elektromaschine, aufweisend einen Stator mit Statorwicklungen, wenigstens ein Kontaktierungsmodul und wenigstens ein Kühlmodul gelöst. Das wenigstens eine Kontaktierungsmodul ist zur Kontaktierung der Statorwicklungen mit den Anschlusskontakten ausgebildet, das wenigstens eine Kontaktierungsmodul und das wenigstens eine Kühlmodul sind thermisch wirkverbunden. Das wenigstens eine Kontaktierungsmodul erstreckt sich radial oder im Wesentlichen radial zu einer Längsachse der Elektromaschine und das wenigstens eine Kontaktierungsmodul und das wenigstens eine Kühlmodul sind an einer ersten Stirnseite der Elektromaschine angeordnet. Ein Kontaktierungsmodul des wenigstens einen Kontaktierungsmoduls weist wenigstens zwei Anschlusskontakte zum Anschluss an einen Verbraucher auf.
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Eine Elektromaschine ist im Rahmen der Erfindung als ein Elektromotor und/oder als ein Elektrogenerator zu verstehen. Das wenigstens eine Kontaktierungsmodul ermöglicht eine definierte Leiterlage, Leiterführung und/oder Leiterform im Kontaktierungsmodul. Das wenigstens eine Kontaktierungsmodul kann eigene Leiter aufweisen und/oder eine Durchführung der Statorwindungen ermöglichen. Das erfindungsgemäße wenigstens eine Kontaktierungsmodul erfüllt folglich die Funktion eines Wickelkopfs einer Elektromaschine, der Verschaltung der Statorwindungen miteinander und/oder mit den Anschlusskontakten. Die radiale, oder im Wesentlichen radiale Erstreckung des wenigstens einen Kontaktierungsmoduls ist im Rahmen der Erfindung derart zu verstehen, dass das wenigstens eine Kontaktierungsmodul eine größere radiale Erstreckung als axiale Erstreckung aufweist. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Kontaktierungsmodul scheibenförmig und/oder ringförmig ausgestaltet. Das wenigstens eine Kontaktierungsmodul ist in Relation zu einer Längsachse der Elektromaschine geneigt, insbesondere rechtwinklig oder im Wesentlichen rechtwinklig, angeordnet. Vorteilhaft können eine Stirnseite des Kontaktierungsmoduls und eine Stirnseite des Statorpakets parallel zueinander angeordnet sein. Das wenigstens eine Kontaktierungsmodul kann rund, eckig oder anderweitig ausgestaltet sein. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Statorwicklungen ist die Hairpin-Wicklung. In der Hairpin-Wicklung ist pro Statornut eine begrenzte Anzahl an Einzelleitern vorgesehen und somit folglich eine Verschaltung mit dem wenigstens einen erfindungsgemäßen Kontaktierungsmodul vorteilhaft ermöglicht. Das Kühlmodul kann von einem Kühlmedium durchströmt werden und/oder eine anderweitig ausgestaltete Kühlfunktion umfassen. Bei der Anordnung von mehr als einem Kühlmodul und der Verwendung von einem Kühlmedium, können die Kühlmodule parallel oder in Reihe durchströmt werden. Durch die thermische Wirkverbindung des Kühlmoduls mit dem Kontaktierungsmodul wird eine vorteilhafte Kühlung des Kontaktierungsmoduls ermöglicht. Eine thermische Wirkverbindung zwischen dem Kontaktierungsmodul und dem Kühlmodul kann vorzugsweise über eine möglichst großflächige Kontaktierung, insbesondere über eine vollständige oder im Wesentlichen vollständige Kontaktierung der Stirnfläche, des Kontaktierungsmoduls erfolgen. Eine erfindungsgemäße thermische Wirkverbindung ermöglicht eine kontrollierte Einflussnahme auf die Temperatur des Kontaktmoduls, die Statorwicklungen, die stirnseitigen Enden der Statorwicklungen und/oder die Verschaltungen der Statorwicklungen mit sehr geringem Bauraumbedarf. Somit ermöglicht eine erfindungsgemäße Elektromaschine vorteilhaft die Vermeidung von ungewollt hohen Temperaturen im Bereich der Verschaltung der Statorwicklungen im Stirnbereich der Elektromaschine und benötigt dafür einen geringen Bauraum. Ein konstruktiver Aufbau des Kontaktierungsmoduls und/oder des Kühlmoduls kann vorzugsweise modular oder im Wesentlichen modular ausgestaltet sein, sodass eine Fertigung der Module besonders kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand ermöglicht wird. Eine erfindungsgemäße Elektromaschine kann jeweils ein oder eine Vielzahl an Kontaktierungsmodulen und Kühlmodulen aufweisen. Falls nur ein Kontaktierungsmodul vorhanden ist, so umfasst dieses wenigstens zwei Anschlusskontakte und ist vorzugsweise an einer äußeren Stirnseite der Elektromaschine und dem wenigstens einen Kühlmodul angeordnet. Bei einer Vielzahl an Modulen können diese vorzugsweise abwechselnd zueinander angeordnet sein, wie im späteren Abschnitt dieser Beschreibung noch detailliert angeführt. Bei einer Vielzahl an Kontaktierungsmodulen weist vorzugsweise das äußere Kontaktierungsmodul, also das Kontaktierungsmodul, welches entlang der Längsachse der Elektromaschine am weitesten von der Elektromaschine entfernt ist, die wenigstens zwei Anschlusskontakte auf. Somit wird eine möglichst einfache Kontaktierungsmöglichkeit zwischen den Anschlusskontakten und einem Verbraucher mit geringem Bauraumbedarf ermöglicht. Des Weiteren kann die konstruktive Ausgestaltung des Kontaktierungsmoduls mittels Leiterkartentechnologie erfolgen. Durch eine Umsetzung des Kontaktierungsmoduls mittels Leiterkartentechnologie wird vorteilhaft ein flächiger Aufbau mit definierten Leiterlagen und Leiterabständen ermöglicht. Zwei oder mehrere derart ausgestaltete Kontaktierungsmodule können ebenfalls vorteilhaft, insbesondere entlang der Längsachse des Stators, versetzt angeordnet werden und somit eine mehrlagige Verschaltung mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ermöglichen. Eine mögliche Isolierung zwischen zwei oder mehreren Kontaktierungsmodule wird in den weiteren Abschnitten detailliert beschrieben. Der erfindungsgemäße Aufbau der Elektromaschine ermöglicht somit einen vorteilhaften Zugang zu dem wenigstens einen Kontaktierungsmodul. Es können beispielsweise Temperatursensoren zielgerichtet an besonders kritischen Leiterbahnen im Kontaktierungsmodul positioniert werden. Eine Austauschbarkeit von einzelnen Kontaktierungsmodulen sowie eine Teilabschaltung einzelner Kontaktierungsmodule durch zusätzliche Verschaltungs-Maßnahmen, die in einem späteren Abschnitt der Beschreibung detailliert ausgeführt werden, ist ebenfalls mit einfachen Mitteln durch den erfindungsgemäßen Aufbau ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Kontaktierungsmodul zur Kontaktierung der Statorwicklungen mit den Anschlusskontakten wenigstens zwei elektrisch leitende Durchgangsverbindungen aufweist, wobei die wenigstens zwei Durchgangsverbindungen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei entlang der Längsachse versetzten, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten des Kontaktierungsmoduls ermöglichen. Die Kontaktierung der Statorwicklungen mit den Anschlusskontakten kann mittels Leiterbahnen, Kontaktstiften, Kabeln, Steckern und/oder weiteren konstruktiven Ausgestaltungen ermöglicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kontaktierung mit den Statorwicklungen und den Anschlusskontakten selbst ermöglicht werden. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Kontaktierungsmodulen kann vorzugsweise durch die Kontaktierung der jeweiligen Leiterbahnen, Kontaktstiften, Kabeln, Steckern, den Statorwicklungen und/oder den Anschlusskontakten der Durchgangsverbindungen ermöglicht werden. Veranschaulicht dargestellt ermöglichen die Durchgangsverbindungen eine elektrisch leitende Verbindung und/oder eine Durchführung von elektrisch leitenden Verbindungen von einer ersten Seite des wenigstens einen Kontaktierungsmoduls zu einer zweiten, vorzugsweise gegenüberliegenden, Seite des wenigstens einen Kontaktierungsmoduls. Ebenfalls ist es möglich, dass die erste und die zweite Seite des Kontaktierungsmoduls die gleiche Seite des Kontaktierungsmoduls sind. Anders formuliert verbindet eine Durchgangsverbindung folglich wenigstens zwei Punkte des Kontaktierungsmoduls auf, vorzugsweise unterschiedlichen, Seiten elektrisch leitend miteinander. Die Durchgangsverbindung kann dabei gerade auf dem kürzesten Weg zwischen den wenigstens zwei Punkten durch das Kontaktierungsmodul verlaufen. Die Durchgangsverbindung kann jedoch ebenfalls auf oder in dem Kontaktierungsmodul verlaufen und zwei zueinander radial und/oder axial versetzte Punkte des Kontaktierungsmoduls miteinander elektrisch leitend verbinden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Kühlmodul Durchführöffnungen für die Statorwicklungen und/oder für die Durchgangsverbindungen aufweist. Erfindungsgemäß kann ein Kühlmodul derart ausgestaltet sein, dass wenigstens eine Stirnseite eines Kontaktierungsmoduls vollständig oder im Wesentlichen vollständig von dem Kühlmodul kontaktiert ist. Die Durchführöffnungen in dem wenigstens einen Kühlmodul ermöglichen analog zu den Durchgangsverbindungen in dem Kontaktierungsmodul, wie im vorherigen Abschnitt der Beschreibung beschrieben, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei entlang der Längsachse versetzten, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten des Kühlmoduls. Die Durchführöffnungen des Kühlmoduls können elektrisch leitende konstruktive Elemente wie beispielsweise Leiterbahnen, Kontaktstifte, Kabel und/oder Stecker aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Durchführöffnungen vorzugsweise als reine Öffnung zur Durchführung von Statorwicklungen, den Durchgangsverbindungen und/oder den Anschlusskontakten dienen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass wenigstens ein elektrisch isolierendes Isolationsmodul zwischen dem wenigstens einen Kontaktierungsmodul und dem Stator und/oder zwischen wenigstens einem Kontaktierungsmodul und wenigstens einem Kühlmodul angeordnet ist, insbesondere wobei das Isolationsmodul Durchführöffnungen für die Statorwicklungen und/oder für die Durchgangsverbindungen aufweist. Eine isolierende Schicht und/oder Ebene zwischen dem wenigstens einen Kontaktierungsmodul und dem Stator und/oder zwischen wenigstens einem Kontaktierungsmodul und wenigstens einem Kühlmodul und/oder zwischen dem wenigstens einen Kühlmodul und dem Stator in Form eines Isolationsmoduls ist eine vorteilhafte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Elektromaschine, da ungewollte elektrisch leitende Verbindungen verhindert werden. Durchführöffnungen in dem wenigstens einen Isolationsmodul ermöglichen analog zu den Durchführöffnungen in dem Kontaktierungsmodul und/oder dem Kühlmodul, wie in den vorherigen Abschnitten der Beschreibung beschrieben, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei entlang der Längsachse versetzten, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten des Isolationsmoduls. Die Durchführöffnungen können elektrisch leitende konstruktive Elemente wie beispielsweise Leiterbahnen, Kontaktstifte, Kabel und/oder Stecker aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Durchführöffnungen als reine Öffnung zur Durchführung von Statorwicklungen, den Durchgangsverbindungen und/oder den Anschlusskontakten dienen. Das wenigstens eine Isolationsmodul kann die angrenzenden, kontaktierenden Bauelemente vollständig oder im Wesentlichen vollständig voneinander isolieren oder gezielte elektrisch leitenden Verbindungen ermöglichen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass ein Kontaktierungsmodul des wenigstens einen Kontaktierungsmoduls wenigstens ein Leistungselektronikmodul zur Steuerung der Elektromaschine und/oder wenigstens einen Zwischenkreiskondensator aufweist. Eine direkte Anordnung des wenigstens einen Leistungselektronikmoduls und/oder des wenigstens einen Zwischenkreiskondensators auf dem wenigstens einen Kontaktierungsmodul ermöglicht eine Verschaltung ohne zusätzlichen Verbindungsleitungen von dem Wickelkopf, also den Statorwicklungsenden, zur Leistungselektronik und/oder dem Zwischenkreiskondensator. Die Leistungselektronik und/oder der Zwischenkreiskondensator können den Anschlusskontakten der Elektromaschine vor- und/oder nachgeschaltet sein. Falls nur ein Kontaktierungsmodul vorhanden ist, so umfasst dieses das wenigstens eine Leistungselektronikmodul und/oder den wenigstens einen Zwischenkreiskondensator und ist vorzugsweise an einer äußeren Stirnseite der Elektromaschine und dem wenigstens einen Kühlmodul angeordnet. Bei einer Vielzahl an Modulen können diese vorzugsweise abwechselnd zueinander angeordnet sein, wie im späteren Abschnitt dieser Beschreibung noch detailliert angeführt. Bei einer Vielzahl an Kontaktierungsmodulen weist vorzugsweise das äußere Kontaktierungsmodul, also das Kontaktierungsmodul, welches entlang der Längsachse der Elektromaschine am weitesten von der Elektromaschine entfernt ist, das wenigstens eine Leistungselektronikmodul und/oder den wenigstens einen Zwischenkreiskondensator auf. Somit wird eine möglichst einfache Kontaktierungsmöglichkeit zwischen dem wenigstens einen Leistungselektronikmodul und/oder dem wenigstens einen Zwischenkreiskondensator und den Anschlusskontakten und/oder einem Verbraucher mit geringem Bauraumbedarf ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Kontaktierungsmodule in Relation zur Längsachse axial versetzt an einer ersten Stirnseite der Elektromaschine angeordnet sind, insbesondere wobei die zwei Kontaktierungsmodule das Kühlmodul an verschiedenen, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten thermisch wirkverbunden kontaktieren. Wie zuvor beschrieben kann es vorteilhaft sein, eine Vielzahl an Kontaktierungsmodulen an wenigstens einer Stirnseite der Elektromaschine anzuordnen. Eine Vielzahl an Kontaktierungsmodulen ermöglicht eine größere Anzahl an Verschaltungsmöglichkeiten. Die Kontaktierungsmodule werden vorzugsweise in Relation zur Längsachse axial versetzt an einer ersten Stirnseite der Elektromaschine angeordnet. Durch die Anordnung der Kontaktierungsmodule werden mehrere Ebenen geschaffen und folglich eine komplexere Verschaltung der Statorwindungen ermöglicht. Vorteilhaft für die kontrollierte Einflussnahme auf die Temperatur der Kontaktierungsmodule und/oder der Statorwindungen kann jeweils oder vereinzelt zwischen den Kontaktierungsmodulen ein oder mehrere Kühlmodule angeordnet werden. Ein konstruktiver Aufbau des Kontaktierungsmoduls und/oder des Kühlmoduls kann vorzugsweise modular oder im Wesentlichen modular ausgestaltet sein, sodass eine Fertigung der Module besonders kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand ermöglicht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass ein Statorkühlungsmodul radial an und/oder in dem Stator der Elektromaschine angeordnet ist, insbesondere wobei das Statorkühlungsmodul mit dem wenigstens einen Kühlmodul thermisch wirkverbunden ist. Eine bekannte Mantelkühlung eines Statorpakets kann vorteilhaft mit den erfindungsgemäßen Kühlmodulen kombiniert werden und folglich eine umfassendere Kühlmöglichkeit mit erhöhtem Wirkungsgrad für die Kühlung für die Elektromaschine bereitstellen. Ein Statorkühlungsmodul kann mit den Kühlmodulen der Elektromaschine in Reihe oder parallel verbunden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass sich das wenigstens eine Kühlmodul axial oder im Wesentlichen axial zu einer Längsachse der Elektromaschine, insbesondere hohlzylinderförmig, erstreckt und/oder dass sich das wenigstens eine Kühlmodul radial oder im Wesentlichen radial zu einer Längsachse der Elektromaschine, insbesondere ring- oder scheibenförmig, erstreckt.
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Alternativ oder ergänzend zu einer axialen Anordnung des wenigstens einen Kühlmoduls an und/oder zwischen dem wenigstens einen Kontaktierungsmodul, kann ein Kühlmodul ebenfalls eine axiale oder im Wesentlichen axiale Erstreckung in Relation zu einer Längsachse der Elektromaschine aufweisen. Ein derart ausgestaltetes Kühlmodul kann beispielsweise hohlzylinderförmig innerhalb einer vorzugsweise zentrierten Aussparung der Kontaktierungsmodule angeordnet werden. Ebenfalls kann das Kühlmodul in Form einer Mantelkühlung um das wenigstens eine Kühlmodul angeordnet werden. Ebenfalls kann das Kühlmodul als wenigstens eine Kühlsäule mit axialer oder im Wesentlichen axialer Erstreckung auf einem Kreisradius der Elektromaschine angeordnet sein. Ein derart ausgestaltetes Kühlmodul kann vorteilhaft auf Durchführöffnungen für die Statorwicklungen und/oder für die Durchgangsverbindungen verzichten und folglich kostengünstiger und mit geringem Zeitaufwand gefertigt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass das Kontaktierungsmodul ring- oder scheibenförmig ausgebildet ist, insbesondere wobei die Durchgangsverbindungen auf wenigstens einem Kreisradius auf dem Kontaktierungsmodul angeordnet sind. Die Durchgangsverbindungen können insbesondere auf mehreren Kreisradien, gleichmäßig oder im Wesentlichen gleichmäßig und/oder von dem Mittelpunkt aus strahlenförmig auf dem wenigstens einen Kontaktierungsmodul angeordnet sein. Eine derartige Anordnung kann einen modularen Aufbau des Kontaktierungsmoduls und/oder der Kühlmodule vorteilhaft erleichtern und Fertigungskosten und Zeitaufwand folglich reduzieren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass wenigstens ein weiteres Kontaktierungsmodul und/oder wenigstens ein weiteres Kühlmodul an einer zweiten Stirnseite der Elektromaschine angeordnet sind. Für die Verschaltung der Statorwicklungsenden auf einer zweiten Stirnseite können ebenfalls wenigstens ein Kontaktierungsmodul und vorteilhaft wenigstens ein Kühlmodul vorgesehen sein. Ebenfalls ist die Anordnung von mehreren Kontaktierungsmodulen und/oder Kühlmodulen analog zu der ersten Stirnseite der erfindungsgemäßen Elektromaschine möglich. Eine abwechselnde Anordnung der Kontaktierungsmodule und Kühlmodule sowie eine Anordnung des Kühlmoduls in und/oder um das wenigstens eine Kontaktierungsmodul ist analog zu der ersten Stirnseite der erfindungsgemäßen Elektromaschine ebenfalls möglich. Somit wird auch auf der zweiten Stirnseite der Elektromaschine eine bauraumoptimierte Verschaltung und Kühlung der Statorwicklungen, insbesondere der stirnseitigen Enden der Statorwicklungen, auf einfache Art und Weise ermöglicht. Die Kühlmodule an den stirnseitigen Enden der Elektromaschine können miteinander in Reihe und/oder parallel verbunden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer erfindungsgemäßen Elektromaschine vorgesehen sein, dass wenigstens ein Kontaktierungsmodul schaltbar ausgestaltet ist, wobei das wenigstens eine Kontaktierungsmodul zwischen einer elektrisch leitenden Verbindung und einer elektrisch isolierenden Unterbrechung der Durchgangsverbindungen des Kontaktierungsmoduls schaltbar ist. Die Verschaltung der Statorwicklungen kann durch die Schaltung wenigstens eines Kontaktierungsmoduls vorteilhaft beeinflusst werden. Beispielsweise kann mit der Schaltung eines Kontaktierungsmoduls eine definierte Anzahl und/oder ein definierter Bereich an Statorwicklungen geschaltet werden und folglich die Eigenschaften der Elektromaschine definiert beeinflusst werden. Eine derart ausgestaltete Elektromaschine ist sowohl für die Beeinflussung der Eigenschaften der Elektromaschine als auch für die Analyse und die möglichen Reaktionen auf einen Fehler innerhalb der Elektromaschine vorteilhaft.
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Eine erfindungsgemäße Elektromaschine wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Seitenansicht eine Elektromaschine mit einem Statorkühlungsmodul und jeweils abwechselnd Kontaktierungsmodule und Kühlmodule auf einer ersten und einer zweiten Stirnseite der Elektromaschine, wobei ein Kontaktierungsmodul Leistungselektronikmodule, Anschlusskontakte und einen Zwischenkreiskondensator umfasst,
- 2 in einer perspektivischen Ansicht zwei entlang der Längsachse der Elektromaschine versetzte Kontaktierungsmodule mit Durchgangsverbindungen,
- 3 in einer Draufsicht ein Kühlmodul mit Durchführöffnungen auf mehreren Kreisradien, und
- 4 in einer perspektivischen Ansicht eine Elektromaschine mit einem Kühlmodul und zwei Kontaktierungsmodulen und auf einer ersten Stirnseite der Elektromaschine, wobei das äußere Kontaktierungsmodul Leistungselektronikmodule, Anschlusskontakte und einen Zwischenkreiskondensator umfasst.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer Seitenansicht eine Elektromaschine 1 mit einem Statorkühlungsmodul 4 an einem Stator 2 und jeweils abwechselnd Kontaktierungsmodulen 10 und Kühlmodulen 20 auf einer ersten Stirnseite 6 und einer zweiten Stirnseite 8 der Elektromaschine 1 gezeigt. Ein äußeres Kontaktierungsmodul 10 auf der ersten Stirnseite 6 umfasst Leistungselektronikmodule 40, Anschlusskontakte 12 und einen Zwischenkreiskondensator 42. Auf der ersten Stirnseite 6 der Elektromaschine 1 ist zwischen einem Kontaktierungsmodul 10 und einem Kühlmodul 20 beispielhaft ein Isolationsmodul 30 angeordnet. Die Kontaktierungsmodule 10 und die Kühlmodule 20 sind an der ersten Stirnseite 6 und an der zweiten Stirnseite 8 der Elektromaschine 1 jeweils abwechselnd entlang der Längsachse L der Elektromaschine 1 angeordnet und verschalten die Statorwicklungen 3 des Stators 2 der Elektromaschine 1. Die Statorwicklungen 3 reichen, zum Zweck der Verschaltung der Statorwicklungen 3, in axialer Richtung der Längsachse L bis zu unterschiedlichen Kontaktierungsmodulen 10. Die Kontaktierungsmodule 10 ermöglichen die Verschaltung der Statorwicklungen 3 untereinander und mit den Anschlusskontakten 12. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Elektromaschine 1 eine bauraumoptimierte Verschaltung und Kühlung der Statorwicklungen 3, insbesondere der stirnseitigen Enden der Statorwicklungen 3, auf einfache Art und Weise.
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In 2 sind in einer perspektivischen Ansicht zwei entlang der Längsachse L der Elektromaschine 1 versetzte Kontaktierungsmodule 10 mit Durchgangsverbindungen 14 gezeigt. Die Durchgangsverbindungen 14 sind zur vereinfachten Darstellung nur in einem Abschnitt der Kontaktierungsmodule 10 gezeigt. Die Durchgangsverbindungen 14 sind beispielhaft auf mehreren Kreisradien K, gleichmäßig, von der Längsachse L strahlenförmig auf und/oder in den Kontaktierungsmodulen 10 angeordnet. Die Durchgangsverbindungen 14 ermöglichen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei entlang der Längsachse L versetzten, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten eines jeweiligen Kontaktierungsmoduls 10. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei Kontaktierungsmodulen 10 wird durch die Kontaktierung der jeweiligen Leiterbahnen, Kontaktstiften, Kabeln, Steckern, den Statorwicklungen und/oder den Anschlusskontakten der Durchgangsverbindungen 14 der zwei Kontaktierungsmodule 10 ermöglicht.
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In 3 wird analog zu 2 in einer Draufsicht ein Kühlmodul 20 mit Durchführöffnungen 22 auf mehreren Kreisradien K gezeigt. Die Durchführöffnungen 22 in dem wenigstens einen Kühlmodul 20 ermöglichen analog zu den Durchgangsverbindungen 14 in dem Kontaktierungsmodul 10 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen zwei entlang der Längsachse L versetzten, insbesondere gegenüberliegenden, Seiten des Kühlmoduls 10. Die Durchführöffnungen 22 des Kühlmoduls 20 können elektrisch leitenden konstruktive Elemente wie beispielsweise Leiterbahnen, Kontaktstifte, Kabel und/oder Stecker aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Durchführöffnungen 22 als reine Öffnung zur Durchführung von Statorwicklungen 3, den Durchgangsverbindungen 14 und/oder den Anschlusskontakten 12 dienen. Die Durchführöffnungen 22 sind beispielhaft auf mehreren Kreisradien K, gleichmäßig, von der Längsachse L strahlenförmig auf und in dem Kühlmodul 20 angeordnet.
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In 4 ist in einer perspektivischen Ansicht eine Elektromaschine 1 mit einem Kühlmodul 20 und zwei Kontaktierungsmodulen 10 und auf einer ersten Stirnseite 6 der Elektromaschine 1 gezeigt. Das äußere, hier vordere, Kontaktierungsmodul 10 umfasst Leistungselektronikmodule 40, Anschlusskontakte 12 und einen Zwischenkreiskondensator 42. Von den Statorwicklungen 3 ausgehend sind schematisch Verschaltungen mit den beiden Kontaktierungsmodulen 10 gezeigt. Für die Verschaltung der Statorwicklungen 3 mit den Kontaktierungsmodulen 10 weisen die Kontaktierungsmodule 10 Durchgangsverbindungen 14, sowie das Kühlmodul 20 Durchführöffnungen 22 auf. Eine Verschaltung der Statorwicklungen 3 mit den Kontaktierungsmodulen 10 ermöglicht eine Verschaltung der Elektromaschine 1 mit den Anschlusskontakten 12. Entlang der Elektromaschine 1 erstreckt sich eine Längsachse L. Eine derart ausgestaltete Elektromaschine 1 ermöglicht eine bauraumoptimierte Verschaltung und Kühlung der Statorwicklungen 3, insbesondere der stirnseitigen Enden der Statorwicklungen 3, auf einfache Art und Weise.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromaschine
- 2
- Stator
- 3
- Statorwicklungen
- 4
- Statorkühlungsmodul
- 6
- erste Stirnseite Elektromaschine
- 8
- zweite Stirnseite Elektromaschine
- 10
- Kontaktierungsmodul
- 12
- Anschlusskontakte
- 14
- Durchgangsverbindung
- 20
- Kühlmodul
- 22
- Durchführöffnungen im Kühlmodul
- 30
- Isolationsmodul
- 32
- Durchführöffnungen im Isolationsmodul
- 40
- Leistungselektronikmodul
- 42
- Zwischenkreiskondensator
- K
- Kreisradius
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013113363 A1 [0003]
- DE 102014225997 A1 [0004]
- DE 102016114723 A1 [0005]
- US 7723879 B2 [0006]
