Title:
Energieübertragungseinrichtung, Verfahren zum Herstellen einer Energieübertragungseinrichtung sowie elektrische Maschine
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Energieübertragungseinrichtung (1) zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie, mit einer Primärspuleneinrichtung (2) und einer bezüglich der Primärspuleneinrichtung (2) um eine Drehachse (4) drehbar gelagerten Sekundärspuleneinrichtung (3), wobei die Primärspuleneinrichtung (2) über ein Primärjochelement (10), mehrere Primärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Primärwicklung und die Sekundärspuleneinrichtung (3) über ein Sekundärjochelement (10), mehrere Sekundärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Sekundärwicklung verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass die Primärspuleneinrichtung (2) und/oder die Sekundärspuleneinrichtung (3) jeweils wenigstens ein Blechpaket (5) aufweisen, das sich aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (4) schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen (16) zusammensetzt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Energieübertragungseinrichtung (1) sowie eine elektrische Maschine.





Inventors:
Brune, Kai, Dr. (85120, Hepberg, DE)
Weber, Jan-Niklas (30880, Laatzen, DE)
Steinbrink, Jörn (30171, Hannover, DE)
Brune, André (30419, Hannover, DE)
Selke, Carsten (31515, Wunstorf, DE)
Ponick, Bernd (30167, Hannover, DE)
Application Number:
DE102016008590A
Publication Date:
01/18/2018
Filing Date:
07/13/2016
Assignee:
AUDI AG, 85045 (DE)
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, 30167 (DE)
International Classes:
H01F38/14
Domestic Patent References:
DE102014106617A1N/A
Foreign References:
20130187740
20130241367
Claims:
1. Energieübertragungseinrichtung (1) zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie, mit einer Primärspuleneinrichtung (2) und einer bezüglich der Primärspuleneinrichtung (2) um eine Drehachse (4) drehbar gelagerten Sekundärspuleneinrichtung (3), wobei die Primärspuleneinrichtung (2) über ein Primärjochelement (10), mehrere Primärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Primärwicklung und die Sekundärspuleneinrichtung (3) über ein Sekundärjochelement (10), mehrere Sekundärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Sekundärwicklung verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspuleneinrichtung (2) und/oder die Sekundärspuleneinrichtung (3) jeweils wenigstens ein Blechpaket (5) aufweisen, das sich aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (4) schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen (16) zusammensetzt.

2. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenumfangsfläche (14) und/oder eine Außenumfangsfläche (15) des Blechpakets (5) in Umfangsrichtung gekrümmt verläuft.

3. Energieübertragungseinrichtung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stirnfläche (6) und eine zweite Stirnfläche (7) des Blechpakets (5) parallel zueinander verlaufen oder in Umfangsrichtung unter einem bestimmten Winkel gegeneinander angewinkelt sind, wobei der bestimmte Winkel kleiner ist als einer das Blechpaket (5) einfassende Umfangswinkel.

4. Energieübertragungseinrichtung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspuleneinrichtung (2) und/oder die Sekundärspuleneinrichtung (3) aus jeweils mehreren Blechpaketen (5) bestehen, wobei benachbarte der Blechpakete (5) in Umfangsrichtung radial innen einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als radial außen.

5. Energieübertragungseinrichtung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten der Blechpakete (5) radial innen aneinander stoßen.

6. Energieübertragungseinrichtung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten der Blechpakete (5) ein im Querschnitt kreissektorförmiger Zwischenraum (8) vorliegt, der für die Sekundärspuleneinrichtung (3) in Richtung der Primärspuleneinrichtung (2) offen ist.

7. Energieübertragungseinrichtung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Schenkel (17, 18) des Blechpakets (5) benachbart zu einer Wicklungsaufnahme (13) eine randoffene Ausnehmung (19), insbesondere ein randoffener Schlitz, vorliegt.

8. Energieübertragungseinrichtung nach der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung und/oder die Sekundärwicklung als Flachbandleitung vorliegen.

9. Verfahren zum Herstellen einer Energieübertragungseinrichtung (1), insbesondere einer Energieübertragungseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieübertragungseinrichtung (1) eine Primärspuleneinrichtung (2) und eine bezüglich der Primärspuleneinrichtung (2) um eine Drehachse (4) drehbar gelagerte Sekundärspuleneinrichtung (3) aufweist, wobei die Primärspuleneinrichtung (2) über ein Primärjochelement (10), mehrere Primärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Primärwicklung und die Sekundärspuleneinrichtung (3) über ein Sekundärjochelement (10), mehrere Sekundärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Sekundärwicklung verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspuleneinrichtung (2) und/oder die Sekundärspuleneinrichtung (3) jeweils wenigstens ein Blechpaket (5) aufweisen, dass aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (4) schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen (16) zusammengesetzt wird.

10. Elektrische Maschine, mit einem Stator, einem bezüglich des Stators um eine Drehachse (4) drehbar gelagerten Rotor sowie einer Energieübertragungseinrichtung (1), insbesondere einer Energieübertragungseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieübertragungseinrichtung (1) eine dem Stator zugeordnete Primärspuleneinrichtung (2) und eine dem Rotor zugeordnete, bezüglich der Primärspuleneinrichtung (2) um die Drehachse (4) drehbar gelagerte Sekundärspuleneinrichtung (3) aufweist, und wobei die Primärspuleneinrichtung (2) über ein Primärjochelement (10), mehrere Primärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Primärwicklung und die Sekundärspuleneinrichtung (3) über ein Sekundärjochelement (10), mehrere Sekundärschenkelelemente (11, 12) sowie eine Sekundärwicklung verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspuleneinrichtung (2) und/oder die Sekundärspuleneinrichtung (3) jeweils wenigstens ein Blechpaket (5) aufweisen, das sich aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (4) schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen (16) zusammensetzt.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Energieübertragungseinrichtung zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie, mit einer Primärspuleneinrichtung und einer bezüglich der Primärspuleneinrichtung um eine Drehachse drehbar gelagerten Sekundärspuleneinrichtung, wobei die Primärspuleneinrichtung über ein Primärjochelement, mehrere Primärschenkelelemente sowie eine Primärwicklung und die Sekundärspuleneinrichtung über ein Sekundärjochelement, mehrere Sekundärschenkelelemente sowie eine Sekundärwicklung verfügt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Energieübertragungseinrichtung sowie elektrische Maschine.

Die elektrische Maschine dient beispielweise dem Bereitstellen eines Drehmoments oder dem Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie. Zu diesem Zweck verfügt sie über einen Stator sowie einen Rotor, welcher bezüglich des Stators drehbar gelagert ist. In Abhängigkeit von der Art der elektrischen Maschine kann es notwendig sein, dem Rotor elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Dies ist beispielsweise der Fall, falls die elektrische Maschine als elektrisch erregte Synchronmaschine ausgeführt ist. Auch andere Ausgestaltungen der elektrischen Maschine sind jedoch realisierbar. Zur Energieübertragung ist die Energieübertragungseinrichtung vorgesehen. Die Energieübertragungseinrichtung verfügt beispielweise über wenigstens einen Schleifring sowie eine mit dem Schleifring in Berührkontakt stehende Bürste. Der Schleifring ist dabei vorzugsweise an dem Rotor angeordnet, während die Bürste dem Stator zugeordnet ist. Üblicherweise sind mehrere Schleifringe sowie korrespondierende Bürsten vorgesehen.

Der Schleifring und die Bürste sind nun derart ausgestaltet, dass auch bei einer Drehbewegung des Rotors bezüglich des Stators permanent oder zumindest nahezu permanent ein Schleifkontakt zwischen ihnen vorliegt, sodass elektrische Energie übertragen werden kann. Eine derartige konduktive Energieübertragungseinrichtung ist jedoch wartungsintensiv. Zudem ist sie anfällig gegenüber Verschmutzungen sowie Änderungen der Luftfeuchtigkeit, was eine unzuverlässige Übertragung der elektrischen Energie zufolge haben kann.

Aus diesem Grund soll die Energieübertragungseinrichtung kontaktlos ausgestaltet sein, um die elektrische Energie berührungslos zwischen dem Stator und dem Rotor übertragen zu können. Zu diesem Zweck sind die Primärspuleneinrichtung und die Sekundärspuleneinrichtung vorgesehen. Die Primärspuleneinrichtung kann alternativ als Primäraktivteil, die Sekundärspuleneinrichtung als Sekundäraktivteil bezeichnet werden. Die Primärspuleneinrichtung ist vorzugsweise dem Stator der elektrischen Maschine zugeordnet und bezüglich diesem festgesetzt. Die Sekundärspuleneinrichtung ist dagegen bevorzugt dem Rotor der elektrischen Maschine zugeordnet und gegenüber diesem festgesetzt. Bei einer Drehbewegung des Rotors gegenüber dem Stator liegt insoweit eine entsprechende Drehbewegung der Sekundärspuleneinrichtung bezüglich der Primärspuleneinrichtung vor. Die Energieübertragungseinrichtung kann jedoch auch in anderen Einsatzgebieten, also unabhängig von der elektrischen Maschine, Verwendung finden.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine kontaktlose Energieübertragungseinrichtung vorzuschlagen, welche einfach und kostengünstig herzustellen ist und zudem eine hohe mechanische Belastbarkeit aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Energieübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Primärspuleneinrichtung und/oder die Sekundärspuleneinrichtung jeweils wenigstens ein Blechpaket aufweisen, das sich aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen zusammensetzt.

Die Primärspuleneinrichtung weist das Primärjochelement, die Primärschenkelelemente sowie die Primärwicklung auf. Die Sekundärspuleneinrichtung ist im Wesentlichen analog aufgebaut und verfügt entsprechend über das Sekundärjochelement, die Sekundärschenkelelemente und die Sekundärwicklung. Die Primärspuleneinrichtung und die Sekundärspuleneinrichtung sind derart angeordnet, dass bei Anliegen einer Wechselspannung an der Primärspuleneinrichtung in der Sekundärspuleneinrichtung eine korrespondierende Wechselspannung induziert wird. Die Jochelemente, also das Primärjochelement und das Sekundärjochelement, sowie die Schenkelelemente, also die Primärschenkelelemente und die Sekundärschenkelelemente, dienen der Erhöhung der Effizienz der Energieübertragung zwischen der Primärspuleneinrichtung und der Sekundärspuleneinrichtung.

Vorzugsweise sind die Primärschenkelelemente beidseitig des Primärjochelements vorgesehen, sodass also an gegenüberliegenden Stirnseiten des Primärjochelements jeweils ein Primärschenkelelement angeordnet ist. Das Primärjochelement sowie die Primärschenkelelemente können dabei im Wesentlichen – im Längsschnitt bezüglich der Drehachse gesehen – U-förmig zueinander angeordnet sein, wobei die Primärschenkelelemente über das Primärjochelement miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Primärschenkelelemente ausschließlich über das Primärjochelement miteinander verbunden und liegen ansonsten beabstandet beziehungsweise separat voneinander vor.

Zwischen den Primärschenkelelementen ist die Primärwicklung angeordnet, wobei diese um das Primärjochelement herum verläuft, dieses also in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse vorzugsweise vollständig umgreift. Insbesondere weist die Primärspuleneinrichtung eine Vielzahl von Wicklungen beziehungsweise die Primärwicklung eine Vielzahl von Windungen auf, wobei jede Wicklung beziehungsweise Windung der Primärspuleneinrichtung das Primärjochelement in Umfangsrichtung vollständig umgreift. Die Sekundärspuleneinrichtung ist grundsätzlich analog zu der Primärspuleneinrichtung aufgebaut, sodass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.

Im Längsschnitt gesehen weist jedes der Primärschenkelelemente ein dem Primärjochelement abgewandtes freies Ende auf. Auch jedes Sekundärschenkelelement verfügt über ein derartiges freies Ende, welches auf der dem Sekundärjochelement abgewandten Seite des jeweiligen Sekundärschenkelelements vorliegt. Die Primärspuleneinrichtung und die Sekundärspuleneinrichtung sind nun derart zueinander angeordnet, dass die freien Enden der Primärschenkelelemente und der Sekundärjochelemente aufeinander zu ragen. Insbesondere fluchten die freien Enden der Primärschenkelelemente mit den freien Enden der Sekundärschenkelelemente. Besonders bevorzugt weist die Anordnung aus Primärjochelement sowie Primärschenkelelementen in axialer Richtung dieselben Abmessungen auf wie die Anordnung aus Sekundärjochelement sowie Sekundärschenkelelementen. Bei einer derartigen Ausführungsform sind diese Anordnungen in axialer Richtung bevorzugt an derselben Position angeordnet.

Die Primärspuleneinrichtung, die Sekundärspuleneinrichtung oder beide weisen das Blechpaket beziehungsweise jeweils das Blechpaket auf. Unter dem Blechpaket ist eine Anordnung aus mehreren Blechen beziehungsweise Blechlamellen zu verstehen, welche aneinander befestigt, beispielsweise miteinander verbacken sind. Die Bleche können elektrisch voneinander isoliert sein. Auf diese Art und Weise können Wirbelströme in dem jeweiligen Jochelement und/oder den jeweiligen Schenkelelementen zumindest teilweise vermieden werden. Das Primärjochelement beziehungsweise das Sekundärjochelement stellt einen Eisenkern der Primärspuleneinrichtung beziehungsweise der Sekundärspuleneinrichtung oder zumindest einen Teil von diesem dar. Die Bleche können aus Elektroblech bestehen oder als Elektroblech bezeichnet werden. Mit der Realisierung der Primärspuleneinrichtung und/oder der Sekundärspuleneinrichtung aus jeweils einem oder mehreren Blechpaketen wird eine hervorragende Dauerfestigkeit der Energieübertragungseinrichtung und/oder der elektrischen Maschine erzielt.

Um zudem die Flussführung des magnetischen Flusses in der Primärspuleneinrichtung beziehungsweise der Sekundärspuleneinrichtung optimal zu gestalten, setzt sich das Blechpaket aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen zusammen. Das Jochelement und die Schenkelelemente der Primärspuleneinrichtung und/oder der Sekundärspuleneinrichtung bestehen insoweit aus einer Vielzahl von Elektroblechen. Jedes der Elektrobleche bildet dabei jeweils einen Teil des Jochelements und der mehreren Schenkelelemente aus, insbesondere durchgehend. Das bedeutet, dass jedes der Elektrobleche einstückig und/oder materialeinheitlich ist und zudem sich ausgehend von einem der Schenkelelemente über das Jochelement zu dem dem einen der Schenkelelemente gegenüberliegenden weiteren Schenkelelement erstreckt, sodass das Elektroblech das Jochelement und die mehreren Schenkelelemente zumindest zum Teil ausbildet.

Das Jochelement und die Schenkelelemente setzen sich dabei aus einer Vielzahl von derartigen Elektroblechen zusammen, die schichtweise aneinander angeordnet sind. Dabei sind die Elektrobelche vorzugsweise parallel zueinander, also insgesamt schichtwiese parallel zueinander, angeordnet. Mit einer derartigen Ausgestaltung wird eine hervorragende Flussführung des magnetischen Flusses erzielt, weil jedes der Elektrobleche einen in axialer Richtung durchgehenden Teil des Jochelements und der Schenkelelemente bildet. Gleichzeitig kann die Ausbildung von Wirbelströmen in Umfangsrichtung mittels einer Isolierung der Elektrobleche gegeneinander zuverlässig verhindert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Elektrobleche im Querschnitt durch eines der Schenkelelemente beziehungsweise durch die Schenkelelemente kreisausschnittsförmig beziehungsweise teil kreisausschnittsförmig sind, also in radialer Richtung von innen nach außen zunehmende Abmessungen in Umfangsrichtung aufweisen, insbesondere kontinuierlich und gleichmäßig zunehmende Abmessungen. Bei einer derartigen Ausgestaltung, wären die Elektrobleche fächerartig zu dem Blechpaket zusammengesetzt. Weil dies jedoch produktionsbedingt schwierig umzusetzen ist, sind die Elektrobleche des Blechpakets vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Dabei weisen die Elektrobleche wiederum im Querschnitt gesehen jeweils eine konstante Materialstärke und entsprechend konstante Abmessungen in Umfangsrichtung auf. Die konstante Materialstärke liegt bevorzugt jeweils über das gesamte Elektroblech hinweg vor. Besonders bevorzugt haben die Elektrobleche des Blechpakets alle dieselbe Materialstärke. Besonders bevorzugt haben alle Elektrobleche aller Blechpakte dieselbe Materialstärke.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Innenumfangsfläche und/oder eine Außenumfangsfläche des Blechpakets in Umfangsrichtung gekrümmt verläuft. Die Elektrobleche des Blechpakets werden beispielsweise in radialer Richtung derart angeordnet, dass die freien Enden der von den Elektroblechen ausgebildeten Schenkelelemente in Umfangsrichtung auf einer gekrümmten Linie liegen, insbesondere auf einer Linie mit konstanter Krümmung, besonders bevorzugt auf einem Kreisbogen.

Bei einer infinitesimalen Materialstärke der Elektrobleche würde sich entsprechend ein stetiger Verlauf der Innenumfangsfläche beziehungsweise der Außenumfangsfläche des Blechpakets ergeben. Weil die Materialstärke der Elektrobleche jedoch nicht zu vernachlässigen ist, liegt üblicherweise ein gestufter Verlauf der Innenumfangsfläche beziehungswiese der Außenumfangsfläche in Umfangsrichtung vor. Unter der Innenumfangsfläche ist eine in radialer Richtung außenliegende und nach außen weisende Stirnseite des Blechpakets und unter der Innenumfangsfläche eine in radialer Richtung innenliegende und nach innen weisende Stirnfläche des Blechpakets zu verstehen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche des Blechpakets parallel zueinander verlaufen oder in Umfangsrichtung unter einem bestimmten Winkel gegeneinander angewinkelt sind, wobei der bestimmte Winkel kleiner ist als ein das Blechpaket einfassender Umfangswinkel. Die beiden Stirnflächen begrenzen das Blechpaket in Umfangsrichtung und liegen aufeinander in Umfangsrichtung abgewandten Seiten des Blechpakets vor. Sind die Elektrobleche des Blechpakets schichtweise parallel zueinander angeordnet, so werden üblicherweise auch die beiden Stirnflächen parallel zueinander verlaufen.

Ist dagegen eine fächerartige Anordnung der Elektrobleche vorgesehen, so können die Stirnflächen unter dem bestimmten Winkel gegeneinander angewinkelt sein. Dieser Winkel ist jedoch in jedem Fall kleiner als ein das Blechpaket einfassender Umfangswinkel bezüglich der Drehachse. Das bedeutet, dass zwei von der Drehachse ausgehende, unter dem Umfangswinkel zueinander vorliegende gedachte Geraden das Blechpaket an in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten tangieren, also in radialer Richtung innen die beiden Stirnflächen berühren. In radialer Richtung außen liegen die gedachten Geraden jedoch in Umfangsrichtung beabstandet zu wenigstens einer der Stirnflächen, insbesondere jedoch beiden Stirnflächen, vor.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Primärspuleneinrichtung und/oder die Sekundärspuleneinrichtung aus jeweils mehreren Blechpaketen bestehen, wobei benachbarte der Blechpakete in Umfangsrichtung radial innen einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als radial außen. Das vorstehend beschriebene Blechpaket ist Bestandteil der mehreren Blechpakete. Insbesondere ist jedes der mehreren Blechpakete identisch und besonders bevorzugt gemäß den Ausführungen für das Blechpaket ausgestaltet. Die mehreren Blechpakete sind in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet, insbesondere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet.

Die Blechpakete sind in axialer Richtung gesehen vorzugsweise alle an derselben Position angeordnet, fluchten also in axialer Richtung wenigstens einseitig, besonders bevorzugt beidseitig, miteinander. Benachbarte der Blechpakete sollen nun in Umfangsrichtung in radialer Richtung weiter innenliegend einen geringen Abstand voneinander aufweisen als radial weiter außenliegend. Dies ergibt sich beispielsweise aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung, gemäß welcher die Stirnflächen des Blechpakets parallel zueinander verlaufen oder unter dem bestimmten Winkel gegeneinander angewinkelt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die benachbarten der Blechpakete radial innen aneinander anstoßen. Auf diese Art und Weise bilden die Blechpakete besonders bevorzugt eine Innenumfangsfläche zusammen aus, welche in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet ist. Die benachbarten der Blechpakete sollen insoweit unmittelbar in Umfangsrichtung aneinander anliegen.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen benachbarten der Blechpakete ein im Querschnitt kreissektorförmiger Zwischenraum vorliegt, der für die Sekundärspuleneinrichtung in Richtung der Primärspuleneinrichtung offen ist. Der kreissektorförmige Zwischenraum ergibt sich insbesondere, falls die benachbarten der Blechpakete radial innen aneinander anstoßen und die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche des Blechpakets parallel zueinander verlaufen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in wenigstens einem Schenkel des Blechpakets benachbart zu einer Wicklungsaufnahme eine randoffene Ausnehmung, insbesondere ein randoffener Schlitz, vorliegt. Der Schenkel des Blechpakets bildet insbesondere eines der Schenkelelemente, also eines der Primärschenkelelemente oder eines der Sekundärschenkelelemente. Der Schenkel des Blechpakets begrenzt die Wicklungsaufnahme in axialer Richtung. In radialer Richtung wird die Wicklungsaufnahme einseitig von dem entsprechenden Jochelement, also dem Primärjochelement oder dem Sekundärjochelement, begrenzt. Die Wicklungsaufnahme liegt in axialer Richtung zwischen dem Schenkel und einem weiteren Schenkel des Blechpakets vor, wobei der Schenkel und der weitere Schenkel die Schenkelemente darstellen oder zumindest teilweise ausbilden. Die Wicklungsaufnahme dient der Aufnahme der jeweiligen Wicklung, also der Primärwicklung oder der Sekundärwicklung.

Benachbart zu der Wicklungsaufnahme, also beabstandet zu dieser, insbesondere in axialer Richtung beabstandet, soll in dem Schenkel die randoffene Ausnehmung vorliegen. Die Ausnehmung durchgreift insoweit eine Oberfläche des Blechpakets mit einer Mündungsöffnung. Abseits der Mündungsöffnung ist die Ausnehmung jedoch vollständig von dem Blechpaket beziehungsweise dessen Schenkel umgriffen. Die Mündungsöffnung liegt bevorzugt auf derselben Seite des Blechpakets vor wie eine Mündungsöffnung der Wicklungsaufnahme. Besonders bevorzugt sind die Ausnehmung und die Wicklungsaufnahme in radialer Richtung parallel zueinander ausgerichtet.

Die Wicklungsaufnahme weist jedoch in axialer Richtung und/oder in radialer Richtung größere Abmessungen auf als die Ausnehmung. Beispielsweise betragen die Abmessungen der Ausnehmung in axialer Richtung höchstens 5%, höchstens 10%, höchstens 15%, höchstens 20% oder höchstens 25% der Abmessungen der Wicklungsaufnahme in derselben Richtung. Zusätzlich oder alternativ betragen die Abmessungen der Ausnehmung in radialer Richtung höchstens 10%, höchstens 20%, höchstens 25%, höchstens 30%, höchstens 40% oder höchstens 50% der Abmessungen der Wicklungsaufnahme in derselben Richtung. Im Querschnitt gesehen ist die Ausnehmung vorzugsweise rechteckig. Es kann jedoch auch eine andere Querschnittsform vorgesehen sein. Auch die Wicklungsaufnahme ist besonders bevorzugt im Querschnitt rechteckig.

Schließlich kann eine Weiterbildung der Erfindung vorsehen, dass die Primärwicklung und/oder die Sekundärwicklung als Flachbandleitung vorliegen. Die Flachbandleitung wird beispielsweise aus einem Flachkupferband hergestellt, welches besonders bevorzugt isoliert ist. Die Flachbandleitung wird lagenweise in der Wicklungsaufnahme angeordnet. An ihren Enden kann die Flachbandwicklung abgewinkelt sein, beispielsweise um 90°. Die Abwinkelung der Flachbandleitung ermöglicht ein Herausführen der Flachbandwicklung aus der Wicklungsaufnahme in axialer Richtung zwischen zwei unmittelbar benachbarten der Blechpakete.

Die Flachbandleitung weist bevorzugt eine Breite auf, welche dem Abstand zwischen den Primärschenkelelementen beziehungsweise den Sekundärschenkelementen entspricht. Zumindest beträgt jedoch die Breite der Flachbandleitung bezogen auf den Abstand zwischen den Primärschenkelementen beziehungsweise den Sekundärschenkelementen wenigstens 75%, wenigstens 80%, wenigstens 85%, wenigstens 90% oder wenigstens 95%. Die Flachbandleitung weist beispielsweise eine Metallbahn auf, welche sich über die gesamte Breite der Flachbandleitung erstreckt. Beispielsweise ist die Metallbahn auf eine Trägerbahn, beispielsweise aus Polyester oder dergleichen, aufgebracht. Die Flachbandleitung kann auch als „Flat Flex Cable (FFC)” bezeichnet werden. Alternativ kann anstelle der Flachbandleitung auch ein Flachbandkabel verwendet werden. Das Flachbandkabel ist ein mehradriges Kabel, wobei die mehreren Adern nebeneinander beziehungsweise parallel zueinander angeordnet sind.

Weiterhin kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass an der Sekundärspuleneinrichtung stirnseitig eine Platine angeordnet ist, die eine an die Sekundärwicklung angeschlossene Gleichrichterschaltung aufweist. Die Sekundärspuleneinrichtung dient insoweit als Träger für die Platine. Beispielsweise ist die Platine an wenigstens einem der Sekundärschenkelelemente befestigt. Die Gleichrichterschaltung dient dem Gleichrichten des mittels der Sekundärspuleneinrichtung bereitgestellten elektrischen Stroms. Die Gleichrichterschaltung ist insoweit einerseits an die Sekundärwicklung und andererseits an eine weitere elektrische Schaltung angeschlossen, wobei letztere beispielsweise eine Erregerwicklung der elektrischen Maschine ist. Üblicherweise ist die Gleichrichterschaltung an beide Enden der Sekundärwicklung angeschlossen. Dabei wird die Sekundärwicklung zwischen den Sekundärschenkelelementen herausgeführt. Alternativ kann sie durch eines der Sekundärschenkelelemente hindurch herausgeführt sein.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Bauelemente der Gleichrichterschaltung sich an der Sekundärspuleneinrichtung abstützen, insbesondere in radialer Richtung. Die Platine, auf welcher die Gleichrichterschaltung angeordnet ist, ist an der Sekundärspuleneinrichtung befestigt. Wenigstens einige der Bauelemente der Gleichrichterschaltung sind nun auf der der Sekundärspuleneinrichtung zugewandten Seite der Platine angeordnet. Dabei greifen sie vorzugsweise wenigstens teilweise in die Sekundärspuleneinrichtung ein, sodass sie sich an dieser abstützen können, insbesondere in radialer Richtung. Beispielsweise stützen sich die Bauteile an dem Sekundärjochelement ab. Auf diese Art und Weise wird eine hohe Betriebsfestigkeit auch bei hohen Drehzahlen der Energieübertragungseinrichtung und/oder der elektrischen Maschine realisiert.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Energieübertragungseinrichtung, insbesondere einer Energieübertragungseinrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Energieübertragungseinrichtung eine Primärspuleneinrichtung und eine bezüglich der Primärspuleneinrichtung um eine Drehachse drehbar gelagerte Sekundärspuleneinrichtung aufweist, wobei die Primärspuleneinrichtung über ein Primärjochelement, mehrere Primärschenkelelemente sowie eine Primärwicklung und die Sekundärspuleneinrichtung über ein Sekundärjochelement, mehrere Sekundärschenkelelemente sowie eine Sekundärwicklung verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass die Primärspuleneinrichtung und/oder die Sekundärspuleneinrichtung jeweils wenigstens ein Blechpaket aufweisen, das aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen zusammengesetzt wird.

Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Energieübertragungseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Verfahren als auch die Energieübertragungseinrichtung können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.

Schließlich betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, mit einem Stator, einem bezüglich des Stators um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor sowie einer Energieübertragungseinrichtung, insbesondere einer Energieübertragungseinrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Energieübertragungseinrichtung eine dem Stator zugeordnete Primärspuleneinrichtung und eine dem Rotor zugeordnete, bezüglich der Primärspuleneinrichtung um die Drehachse drehbar gelagerte Sekundärspuleneinrichtung aufweist, und wobei die Primärspuleneinrichtung über ein Primärjochelement, mehrere Primärschenkelelemente sowie eine Primärwicklung und die Sekundärspuleneinrichtung über ein Sekundärjochelement, mehrere Sekundärschenkelelemente sowie eine Sekundärwicklung verfügt. Es ist vorgesehen, dass die Primärspuleneinrichtung und/oder die Sekundärspuleneinrichtung jeweils wenigstens ein Blechpaket aufweisen, das sich aus in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse schichtweise zueinander angeordneten Elektroblechen zusammensetzt.

Auch an dieser Stelle wird hinsichtlich vorteilhafter Weiterbildungen der Energieübertragungseinrichtung sowie der elektrischen Maschine auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Es kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine als elektrisch erregte Synchronmaschine ausgestaltet ist. Auf eine derartige Ausführung wurde vorstehend bereits hingewiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung durch einen Bereich einer Energieübertragungseinrichtung,

2 eine schematische Darstellung von Blechpaketen einer Primärspuleneinrichtung und einer Sekundärspuleneinrichtung der Energieübertragungseinrichtung, sowie

3 eine schematische Längsschnittdarstellung durch eines der Blechpakete.

Die 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Energieübertragungseinrichtung 1, die eine Primärspuleneinrichtung 2 und eine Sekundärspuleneinrichtung 3 aufweist. Die Sekundärspuleinrichtung 3 ist bezüglich der Primärspuleneinrichtung 2 um eine Drehachse 4 drehbar angeordnet. Sowohl die Primärspuleneinrichtung 2 als auch die Sekundärspuleneinrichtung 3 bestehen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils aus einer Vielzahl von Blechpaketen 5, die in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 4 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. In der gezeigten Darstellung sind lediglich einige der Blechpakete 5 gekennzeichnet. Sofern im Nachfolgenden lediglich auf eines der Blechpakete 5 eingegangen wird, so sind die entsprechenden Ausführungen stets auf alle Blechpakte 5 übertragbar.

Es ist erkennbar, dass das Blechpaket 5 in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 4 in einer ersten Richtung von einer ersten Stirnfläche 6 und in entgegengesetzter Richtung von einer zweiten Stirnfläche 7 begrenzt ist. Die beiden Stirnflächen 6 und 7 verlaufen parallel zueinander. Das bedeutet, dass benachbarte der Blechpakete 5 in Umfangsrichtung in radialer Richtung weiter innenliegend einen geringeren Abstand voneinander aufweisen als in radialer Richtung weiter außenliegend. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es zudem vorgesehen, dass benachbarte der Blechpakete 5 in radialer Richtung innenliegend unmittelbar aneinander angrenzen, also aneinander anstoßen.

Aufgrund der parallelen Stirnflächen 6 und 7 ergibt sich mithin zwischen benachbarten der Blechpakete 5 ein kreissektorförmiger Zwischenraum 8, von welchem hier lediglich einige beispielhaft gekennzeichnet sind. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Zwischenräume 8 für die Primärspuleneinrichtung 2 und die Sekundärspuleneinrichtung 3 jeweils in radialer Richtung nach außen geöffnet ist. Für die Sekundärspuleneinrichtung 3 bedeutet dies, dass die Zwischenräume 8 in Richtung der Primärspuleneinrichtung 2 geöffnet sind beziehungsweise in Richtung eines in radialer Richtung zwischen der Primärspuleneinrichtung 2 und der Sekundärspuleneinrichtung 3 vorliegenden Luftspalts 9.

Die 2 zeigt eine Detaildarstellung eines Blechpakets 5 der Primärspuleneinrichtung 2 und eines Blechpakets 5 der Sekundärspuleneinrichtung 3. In dieser Darstellung ist deutlich zu erkennen, dass die Primärspuleneinrichtung 2 und die Sekundärspuleneinrichtung 3 jeweils ein Jochelement 10 und zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete Schenkelelemente 11 und 12 aufweist. In axialer Richtung zwischen den Schenkelelementen 11 und 12 ist jeweils eine Wicklungsaufnahme 13 ausgebildet, welche für die Primärspuleneinrichtung 2 in Richtung der Sekundärspuleneinrichtung 3 und für die Sekundärspuleneinrichtung 3 in Richtung der Primärspuleneinrichtung 2 geöffnet ist. Die Wicklungsaufnahme 13 wird in radialer Richtung von dem Jochelement 10 und in axialer Richtung einerseits von dem Schenkelelement 11 und andererseits von dem Schenkelelement 12 begrenzt. Es ist weiterhin zu erkennen, dass eine Innenumfangsfläche 14 und eine Au0enumfangsfläche 15, welche die Blechpakete 5 in radialer Richtung nach innen beziehungsweise nach außen begrenzen, in Umfangsrichtung gekrümmt verlaufen.

Die Blechpakete 5 bestehen jeweils aus einer Vielzahl von Elektroblechen 16, von welchen hier lediglich einige beispielhaft gekennzeichnet sind. Die Elektrobleche 16 sind in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse 4 schichtweise zueinander angeordnet. Besonders bevorzugt liegen die Elektrobleche 16 dabei für jedes der Blechpakete 5 parallel zueinander vor. Es ist deutlich erkennbar, dass jedes der Elektrobleche 16 einen Teil des Jochelements 10 und beider Schenkelelemente 11 und 12 ausbildet. Das Elektroblech 16 ist hierzu in axialer Richtung durchgehend ausgebildet und erstreckt sich ausgehend von dem Schenkelelement 11 über das Jochelement 10 bis hin zu dem Schenkelelement 12.

Die 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung des Blechpakets 5 beziehungsweise eines der Elektrobleche 16. Es ist deutlich erkennbar, dass in wenigstens einem Schenkel 17 des Blechpakets 5, welcher das Schenkelelement 11 ausbildet, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich in einem Schenkel 18, der das Schenkelelement 12 ausbildet, jeweils eine randoffene Ausnehmung 19 ausgebildet ist. Diese ist in axialer Richtung von der Wicklungsaufnahme 13 beabstandet angeordnet. Insbesondere sind die Ausnehmungen 19 in den Schenkeln 17 und 18 beidseitig der Wicklungsaufnahme 13 vorgesehen. Die Ausnehmungen 19 liegen bevorzugt jeweils als randoffener Schlitz vor, weisen also im Längsschnitt bezüglich der Drehachse 4 einen rechteckigen Querschnitt auf. Analog zu der Wicklungsaufnahme 13 durchgreifen die Ausnehmungen 19 die Außenumfangsfläche 15 (im Falle der Sekundärspuleneinrichtung 3) oder die Innenumfangsfläche 14 (im Falle der Primärspuleneinrichtung 2). Mithilfe der Ausnehmungen 19 können Wirbelströme in den Elektroblechen 16 gedämpft und entsprechend Wirbelstromverluste verringert werden. Die in den Schenkeln 17 und 18 auftretenden Wirbelströme sind durch die Pfeile 20 angedeutet.

Die Energieübertragungseinrichtung 1 kann beispielsweise Bestandteil einer hier nicht dargestellten elektrischen Maschine sein. Sie kann jedoch auch separat von dieser eingesetzt werden. Die hier beschriebene Energieübertragungseinrichtung 1 ist mechanisch hoch belastbar und zudem einfach und kostengünstig herstellbar.