Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Läufer, einem Stator und mehreren Hohlleitern, die verschiedene Spulen einer Wicklung der elektrischen Maschine bilden und jeweils Teil eines Kühlkreislaufs der elektrischen Maschine sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Aus dem Stand der Technik sind innengekühlte elektrische Maschinen bekannt, deren Wicklung in der sogenannten Pin- oder Hairpin-Technologie hergestellt ist. Bei innengekühlten elektrischen Maschinen sind die Pins oder Hairpins meist aus Kupfer hergestellte Hohlleiter, die in Nuten des Stators der elektrischen Maschine eingesetzt werden und die im Betrieb der elektrischen Maschine ein magnetisches Feld erzeugen. Die Hohlleiter haben einen durchgehenden Kanal, durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um die elektrische Maschine zu kühlen.

Fig. 1 zeigt den Stator 5 einer aus dem Stand der Technik bekannten innengekühlten elektrischen Maschine 1 mit einer aus mehreren Hohlleitern 10 gebildeten Wicklung 4. Die Hohlleiter 10 umfassen einen durchgehenden Kanal 12, durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um die elektrische Maschine 1 zu kühlen. Die Hohlleiter 10 sind hier als Hairpins 2 ausgeführt, die einzeln in die Nuten 6 des Stators 5 der elektrischen Maschine 1 eingesetzt sind. Der Querschnitt der Hairpins 2 ist dabei an den Querschnitt der Nuten 6 angepasst, so dass sie im Wesentlichen spielfrei in den Nuten 6 aufgenommen werden. An den beiden stirnseitigen Enden des Stators 5 befindet sich jeweils ein so genannter Wickelkopf 8, wobei in Fig. 1 der offene Wickelkopf 8 mit den freien Enden der Hairpins 2 zu sehen ist. Auf der anderen Seite des Stators 5 befindet sich der geschlossene Wickelkopf (rechts im Bild).

Fig. 2 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Hairpin 2, wie es z. B. in der DE 10 2018 129 229 A1 beschrieben ist. Das Hairpin 2 umfasst zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Schenkel 23 mit freien Enden 20 und einen gekrümmten Übergangsbereich 13, der die beiden Schenkel 23 miteinander verbindet. Das dargestellte Hairpin 2 ist als starrer Hohlleiter ausgebildet und umfasst einen durchgehenden Kanal 12, der von einem Ende 20 zum anderen Ende 20 durchgeht und durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um die Wicklung der elektrischen Maschine im Betrieb zu kühlen. Das in Fig. 2 dargestellte Hairpin 2 kann beispielsweise aus Kupfer hergestellt sein. An seiner Außenfläche ist es mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Stators 5 mit einer Hairpin-Wicklung, wie er in der DE 10 2017 119 033 A1 beschreiben ist. Um die einzelnen Hairpins 2 einer Spule elektrisch und hydraulisch miteinander zu verbinden, sind rohrförmige Verbindungsstücke 22 vorgesehen, die U-förmig gebildet sind und einen durchgehenden Kanal haben. Die Verbindungsstücke 22 werden an den gewünschten Stellen auf die freien Enden 20 der Hairpins 2 aufgesteckt und dann verbunden.

Aus der DE 10 2018 129226 A1 ist es ferner bekannt, die freien Enden von Hairpins einer Hairpin-Wicklung mittels elektrischer Kontaktringe miteinander zu verbinden.

Die DE 10 2014 201 305 A1 offenbart eine gattungsgemäße innengekühlte elektrische Maschine mit einem Läufer und einem Stator und einer im Läufer oder Stator angeordneten Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, wobei die Wicklung mehrere elektrische Spulen umfasst, die aus Hohlleitern gebildet sind, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann. Ähnlich aufgebaute elektrische Maschinen mit einer Holleiterwicklung sind auch aus der US 2019 / 0 148 037 A1 sowie der DE 10 2017 204 472 bekannt. Die US 2015 / 0 076 951 A1 beschreibt ferner eine elektrische Maschine mit einer Standardwicklung, bei der einzelne Spulen über aufgedruckte Brücken elektrisch miteinander verbunden sind.

Das Herstellen einer elektrischen Konnektierung von Hairpins ist mit den bekannten Methoden, d. h. mittels metallischer Verbindungsstücke oder elektrischer Kontaktringe, relativ aufwändig und teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine innengekühlte elektrische Maschine mit einem Stator oder Läufer mit einer Hohlleiter-Wicklung zu schaffen, die einfacher und kostengünstiger herzustellen ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmale. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Folgenden werden verschiedene Bauformen von innengekühlten elektrischen Maschinen mit einer Hohlleiter-Wicklung vorgeschlagen, deren Wicklung besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist. Unter dem Begriff „Hohlleiter“ wird hier ein Wicklungselement mit einem durchgängigen Kanal verstanden, z. B. ein Pin, Hairpin, ein starrer Spulenkörper oder eine Spulenkörper aus gewickeltem Hohldraht, das in den Läufer oder Stator eingesetzt oder gewickelt wird (z. B. eine Zahnwicklung). Der Läufer oder Stator kann zu diesem Zweck Nuten oder Zähne aufweisen.

Einige Bauformen der hier vorgeschlagenen elektrischen Maschinen erlauben auch eine zusätzliche interne Einspeisung von Kühlmittel in die Spulen der Wicklung (zusätzlich zu einer Einspeisung oder Ausleitung an den Enden der Spulen), wodurch eine bessere Kühlung des Läufers oder Stators erzielt werden kann.

I. Innengekühlte elektrische Maschine mit einer Hohlleiter-Wicklung aus einzelnen Hohlleitern mit 3D-gedruckten elektrischen Verbindungselementen

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine innengekühlte elektrische Maschine vorgeschlagen, deren Wicklung aus einzelnen Hohlleitern, z. B. in Form von Pins, Hairpins oder aus gewickeltem Hohldraht, gebildet ist, die über elektrische Verbindungselemente miteinander verbunden sind, welche mittels 3D- Druck an den Enden der Hohlleiter aufgedruckt werden. Die elektrischen Verbindungselemente schaffen in diesem Fall vorzugsweise ausschließlich eine elektrische Verbindung zwischen den Hohlleitern (aber keine hydraulische Verbindung). Im Detail betrifft die Erfindung eine innengekühlte elektrische Maschine mit einem Läufer, einem Stator und mindestens einer im Stator und oder Läufer (z. B.: Linearmotor) angeordneten Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, wobei

- die Wicklung mehrere elektrische Spulen umfasst, die aus einzelnen Hohlleitern, wie beispielsweise Pins, Hairpins oder aus gewickeltem Hohldraht, gebildet sind;

- die Hohlleiter einen durchgehenden Kanal aufweisen, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann; und

- die Wicklung an den Stirnseiten des Stators jeweils einen Wickelkopf bildet;

Im Bereich eines der Wickelköpfe sind wenigstens ein Ende eines ersten Hohlleiters und ein Ende eines zweiten Hohlleiters mittels eines elektrischen Verbindungselements elektrisch miteinander verbunden, wobei das elektrische Verbindungselement in einem 3D-Druckverfahren aufgedruckt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Enden der Hohlleiter über mehrere im 3D-Druckverfahren aufgedruckte Verbindungselemente elektrisch verschaltet.

Die innengekühlte elektrische Maschine umfasst vorzugsweise ein hydraulisches Anschlussteil, an dem die freien Enden der Hohlleiter hydraulisch angeschlossen sind und mittels dessen ein Kühlmittel in die Hohlleiter eingespeist und/oder aus den Hohlleitern austretendes Kühlmittel gesammelt werden kann. Das hydraulische Anschlussteil umfasst zu diesem Zweck vorzugsweise entsprechende Kanäle.

Die im 3D-Druckverfahren aufgedruckten Verbindungselemente sind vorzugsweise im Bereich der Enden der Hohlleiter in einem Raum zwischen der Wicklung bzw. dem Stator und dem hydraulischen Anschlussteil angeordnet. Sie dienen vorzugsweise ausschließlich zur elektrischen Verbindung zweier Hohlleiter und schaffen keine hydraulische Verbindung.

Die freien Enden der Hohlleiter sind am Anschlussteil vorzugsweise über eine Steckverbindung angeschlossen. Das hydraulische Anschlussteil hat zu diesem Zweck vorzugweise an die Hohlleiterenden angepasste Öffnungen.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung haben die Steckverbindungen jeweils einen Dichtung, der am freien Ende der Hohlleiter und/oder in einer am Anschlussteil vorgesehenen Öffnung (11 ) vorgesehen ist.

Die Steckverbindung kann außerdem Rastmittel umfassen, die es ermöglichen, die Hohlleiter im Anschlussteil zu fixieren.

II. Innengekühlte elektrische Maschine mit einer Hohlleiter-Wicklung aus einzelnen Hohlleitern mit 3D-gedruckten Verbindungsstücken zur elektrischen und hydraulischen Konnektierung

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine innengekühlte elektrische Maschine vorgeschlagen, deren Wicklung aus einzelnen Hohlleitern, wie beispielsweise Pins, Hairpins oder gewickeltem Hohldraht, gebildet ist, die über Verbindungsstücke miteinander verbunden sind, welche mittels 3D-Druck auf die Enden der Hohlleiter aufgedruckt wurden. Im Detail betrifft die Erfindung eine innengekühlte elektrische Maschine mit einem Läufer, einem Stator und mindestens einer im Stator und oder Läufer (z. B.: Linearmotor) angeordneten Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, wobei

- die Wicklung mehrere elektrische Spulen umfasst, die aus Hohlleitern, beispielsweise in Form von Pins, Hairpins oder gewickeltem Draht, gebildet sind;

- die Hohlleiter einen durchgehenden Kanal aufweisen, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann; und - die Wicklung an den Stirnseiten des Stators jeweils einen Wickelkopf bildet.

Im Bereich wenigstens eines der Wickelköpfe sind jeweils ein Ende eines ersten Hohlleiters und ein Ende eines zweiten Hohlleiters mittels eines Verbindungsstücks, das aus einem metallischen Material hergestellt ist und einen internen Kanal aufweist, elektrisch und hydraulisch miteinander verbunden, wobei das Verbindungsstück in einem 3D-Druckverfahren auf die Enden aufgedruckt ist.

III. Innengekühlte elektrische Maschine mit einer Hohlleiter-Wicklung mit internen Kühlmittelanschlüssen

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine innengekühlte elektrische Maschine vorgeschlagen, deren Wicklung aus rohrförmigen Hohlleitern gebildet ist. Die Spulen der Wicklung umfassen dabei jeweils einen oder mehrere interne Kühlmittelanschlüsse, über die zusätzlich ein Kühlmittel in die Spule eingespeist oder aus der Spule ausgeleitet werden kann (zusätzlich zu einer Einspeisung oder Ausleitung an den Enden der Spule). Die Spulen können entweder aus einzelnen Hohlleitern zusammengesetzt oder aus einem Stück hergestellt sein. Im Detail betrifft die Erfindung eine innengekühlte elektrische Maschine mit einem Läufer, einem Stator und mindestens einer im Stator und oder Läufer (zB.: Linearmotor) angeordneten Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, wobei

- die Wicklung mehrere elektrische Hohlleiter-Spulen umfasst;

- die Hohlleiter einen durchgehenden Kanal aufweisen, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann; und

- die Wicklung an den Stirnseiten des Stators jeweils einen Wickelkopf bildet.

Gemäß der Erfindung sind im Bereich wenigstens eines der Wickelköpfe interne Kühlmittelanschlüsse mit Abzweigleitungen vorgesehen, die mit den Hohlleitern der Spulen hydraulisch in Verbindung stehen und über die Kühlmittel in eine der Spulen eingespeist oder aus der Spule abgezweigt werden kann. Pro Spule können ein oder mehrere interne Kühlmittelanschlüsse vorgesehen sein.

Die genannten Abzweigleitungen sind vorzugsweise als Rohrstutzen ausgeführt und haben einen durchgehenden Kanal.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind die Spulen aus einzelnen Hohlleitern, wie beispielsweise Pins oder Hairpins, oder aus gewickeltem Draht gebildet, die jeweils einen durchgehenden Kanal aufweisen, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann. Bei einer solchen innengekühlten elektrischen Maschine mit Pin- oder Hairpin-Wicklung sind die Kühlmittelanschlüsse vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie jeweils ein Ende eines ersten Hohlleiters und ein Ende eines zweiten Hohlleiters elektrisch und hydraulisch miteinander verbinden und ferner eine Abzweigleitung bereitstellen, die mit den in den beiden Hohlleitern vorhandenen Kanälen hydraulisch in Verbindung steht.

Die Kühlmittelanschlüsse werden in diesem Fall vorzugsweise in einem 3D- Druckverfahren auf zumindest einige der offenen Enden der Hohlleiter aufgedruckt. Die Kühlmittelanschlüsse bestehen vorzugsweise aus einem metallischen Material, z. B. Cu, und schaffen daher neben der hydraulischen Anbindung gleichzeitig eine elektrische Konnektierung.

Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung wird die gesamte Wicklung einschließlich der internen Kühlmittelanschlüsse im 3D-Druck hergestellt (es gibt keine einzelnen Pins oder Hairpins). In diesem Fall werden einzelne, vorgefertigte Spulen oder ggf. auch die gesamte vorgefertigte Wicklung nach dem Drucken in den Läufer oder Stator eingesetzt.

Eine erfindungsgemäße innengekühlte elektrische Maschine kann ferner wenigstens ein hydraulisches Anschlussteil umfassen, an dem mehrere der Abzweigleitungen der Kühlmittelanschlüsse hydraulisch angeschlossen sind. Das hydraulische Anschlussteil kann einen oder mehrere interne Kanäle aufweisen, über die Kühlmittel in die Spulen eingespeist oder aus den Spulen austretendes Kühlmittel gesammelt werden kann. Das hydraulische Anschlussteil hat vorzugsweise einen zentralen hydraulischen Eingang und/oder einen zentralen hydraulischen Ausgang (Zulauf/Ablauf).

Die Anschlüsse der einzelnen Abzweigleitungen am Anschlussteil sind vorzugsweise als Steckverbindung ausgeführt. Die Steckverbindung umfasst vorzugsweise Rastmittel, um die Abzweigleitungen im Anschlussteil zu fixieren. Als Rastmittel können herkömmliche Rastnasen und korrespondierende Rastvorsprünge oder -Vertiefungen eingesetzt werden.

Außerdem ist an jedem Anschluss vorzugsweise eine Dichtung vorgesehen, wie z. B. eine herkömmliche Ringdichtung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Ende der Abzweigleitungen und/oder in den Stecköffnungen des Anschlussteils ein Dichtelement, wie z. B. ein Dichtung, vorgesehen.

Die Spulen, die Verbindungsstücke und die internen Kühlmittelanschlüsse sind vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metall oder aus einer Metalllegierung hergestellt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung haben die Abzweigleitungen zumindest an ihrem freien Ende ein rundes Profil. Die Hohlleiter der Spulen haben vorzugsweise ein eckiges Profil.

IV. Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine innengekühlte elektrische Maschine mit einer Hohlleiter-Wicklung aus einzelnen Hohlleitern mit 3D-gedruckten elektrischen Verbindungselementen

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stators oder Läufers für eine innengekühlte elektrische Maschine vorgeschlagen, dessen Wicklung aus einzelnen Hohlleitern, z. B. in Form von Pins oder Hairpins oder aus gewickeltem Hohldraht, gebildet ist, die über elektrische Verbindungselemente miteinander verbunden sind, welche mittels 3D-Druck an Endabschnitten der Hohlleiter aufgedruckt wurden. Die elektrischen Verbindungselemente schaffen in diesem Fall vorzugsweise ausschließlich eine elektrische Verbindung zwischen den Hohlleitern (aber keine hydraulische Verbindung). Im Detail betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Läufers oder Stators für eine innengekühlte elektrische Maschine, der eine Wicklung (7) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes umfasst, wobei die Wicklung (7) aus einzelnen Hohlleitern (10), beispielsweise in Form von Pins, Hairpins (2) oder gewickeltem Hohldraht, gebildet ist; gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Einsetzen der einzelnen vorgefertigten Hohlleiter in den Stator oder Läufer;

- Aufdrucken von elektrischen Verbindungselementen aus einem metallischen Material in einem 3D-Druckverfahren jeweils auf ein Ende eines ersten Hohlleiters und ein Ende eines zweiten Hohlleiters, so dass die Enden der Hohlleiter elektrisch miteinander verbunden werden.

Die elektrischen Verbindungselemente schaffen vorzugsweise ausschließlich eine elektrische Verbindung (und keine hydraulische Verbindung) der betroffenen Hohlleiter.

V. Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine innengekühlte elektrische Maschine mit einer Hohlleiter-Wicklung aus einzelnen Hohlleitern, die über 3D-gedruckte Verbindungsstücke elektrisch und hydraulisch verbunden werden

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen des Stators oder Läufers einer innengekühlten elektrischen Maschine vorgeschlagen, dessen Wicklung aus einzelnen Hohlleitern, wie z. B. Pins oder Hairpins oder aus gewickeltem Hohldraht, gebildet ist. Die vorgefertigten Hohlleiter werden in diesem Fall nachträglich über Verbindungsstücke elektrisch und hydraulisch miteinander verbunden, welche mittels 3D-Druck auf die Enden der Hohlleiter aufgedruckt werden. Im Detail betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stators oder Läufers für eine innengekühlte elektrische Maschine mit einer Wicklung aus einzelnen Hohlleitern, die über 3D-gedruckte Verbindungsstücke elektrisch und hydraulisch verbunden werden. Gemäß der Erfindung werden wenigstens die folgenden Schritte ausgeführt:

- Voranfertigen der Hohlleiter;

- Einsetzen der Hohlleiter in den Stator oder Läufer;

- Aufdrucken von Verbindungsstücken, die aus einem metallischen Material hergestellt sind und einen internen Kanal (19) aufweisen, und die in einem 3D-Druckverfahren jeweils auf ein Ende eines ersten Hohlleiters und ein Ende eines zweiten Hohlleiters gedruckt werden, so dass die Enden der Hohlleiter elektrisch und hydraulisch miteinander verbunden werden.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung können die Verbindungsstücke jeweils einen internen Kühlmittelanschluss in Form einer Abzweigleitung umfassen, über die zusätzlich ein Kühlmittel in eine der Spulen eingespeist oder aus der Spule abgezweigt werden kann. Die Kühlmittelanschlüsse mit Abzweigleitung werden vorzugsweise ebenfalls in einem 3D-Druckverfahren aus einem metallischen Material hergestellt.

VI. Verfahren zur Herstellung eines Stators für eine innengekühlte elektrische Maschine mit einer 3D-gedruckten Wicklung, die vollständig gedruckte Spulen umfasst

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer innengekühlten elektrischen Maschine vorgeschlagen, deren Wicklung vollständig im 3D-Druck hergestellt wurde (ohne vorgefertigte einzelne Pins oder Hairpins). Im Detail wird ein Verfahren zum Herstellen eines Stators oder Läufers für eine innengekühlte elektrische Maschine vorgeschlagen, der eine Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes umfasst, wobei die Wicklung mehrere Hohlleiter-Spulen umfasst. Gemäß der Erfindung werden wenigstens die folgenden Schritte ausgeführt:

- Drucken der vollständigen Wicklung einschließlich der Wickelköpfe und aller elektrischen und hydraulischen Verbindungen in einem 3D- Druckverfahren; und

- Einsetzen der ganzen Wicklung in den Stator oder Läufer.

Sofern die Spulen interne Kühlmittelanschlüsse aufweisen, werden diese vorzugsweise mitgedruckt bevor die Spulen in den Stator oder Läufer eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die gesamte Wicklung vorgefertigt und dann in einem einzigen Arbeitsschritt in den Stator oder Läufer eingesetzt. In diesem Fall umfasst das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte:

- Vorfertigen einzelner Spulen im 3D-Druck;

- Anordnen der Spulen zu einer Wicklung und

- Einsetzen der gesamten Wicklung in den Stator oder Läufer.

Vor dem Einsetzen können die Spulen im Bereich wenigstens eines Wickelkopfes so angeordnet werden, dass sie möglichst einfach in die Nuten bzw. auf die Zähne des Stators einsetzbar sind. Die Spulen können auch nach dem Einsetzen in den Stator oder Läufer nach Wunsch angeordnet werden. Darüber hinaus können die Spulen und deren Verschaltungen eine Geometrie aufweisen, die an die Nutöffnung und Nutform angepasst ist und sich auch über die Länge der Spule und Wicklung hinweg ändern kann.

Grundsätzlich ist es ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass die elektrischen Widerstände über alle Teilbereiche der Wicklung hinweg und über alle Schnittstellen hinweg kontrolliert und angepasst werden können. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlleiter der Spulen so gestaltet, dass der elektrische Widerstand an jeder Position der Spule (d.h. auch im Bereich von Abzweigleitungen oder Öffnungen) im Wesentlichen gleich groß ist.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung werden die Spulen im Bereich des geschlossenen Wickelkopfes in radialer Richtung nach innen angeordnet, so dass der geschlossene Wickelkopf in einen Innenraum des Stators nach innen vorsteht.

Ein erfindungsgemäßer Hohlleiter kann prinzipiell so dimensioniert sein, dass er eine Nut allein oder zusammen mit einem oder mehreren weiteren Hohlleitern, die in derselben Nut angeordnet sind, ausfüllt. Im Falle eines einzelnen Hohlleiters pro Nut ist das Profil vorzugsweise so dimensioniert, dass es im Wesentlichen spielfrei in der Nut liegt. Im Falle mehrerer Wicklungsstücke pro Nut ist das Profil vorzugsweise so dimensioniert, dass alle Profile gemeinsam die Nut im Wesentlichen spielfrei ausfüllen.

VII. Innengekühlte elektrische Maschine mit einer Hohlleiter-Wicklung mit einem 3D-gedruckten hydraulischen Anschlussteil

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine innengekühlte elektrische Maschine vorgeschlagen, deren Wicklung an einem hydraulischen Anschlussteil angeschlossen ist, das einen oder mehrere interne Kanäle aufweist, über die Kühlmittel in die Spulen der Wicklung eingespeist oder aus den Spulen austretendes Kühlmittel gesammelt werden kann. Die Spulen und das hydraulische Anschlussteil sind dabei als ein integrales Bauteil, d.h. einstückig, ausgebildet.

Das hydraulische Anschlussteil hat wenigstens einen zentralen hydraulischen Eingang und/oder einen zentralen hydraulischen Ausgang (Zulauf/Ablauf); vorzugsweise ist ein einziger hydraulischer Eingang und/oder ein einziger hydraulischer Ausgang vorhanden. Das Anschlussteil kann auf einen offenen Wickelkopf der elektrischen Maschine aufgedruckt werden. Alternativ können die Spulen der Wicklung und das Anschlussteil auch vollständig im 3D-Druck hergestellt sein.

Im Detail betrifft die Erfindung eine innengekühlte elektrische Maschine mit einem Läufer, einem Stator und mindestens einer im Stator und oder Läufer (z, B.: Linearmotor) angeordneten Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, wobei

- die Wicklung mehrere elektrische Spulen umfasst, die aus Hohlleitern, beispielsweise in Form von Pins, Hairpins oder gewickeltem Draht, gebildet sind;

- die Hohlleiter einen durchgehenden Kanal aufweisen, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann; und

- die Spulen der Wicklung an einem hydraulischen Anschlussteil angeschlossen sind, wobei die Spulen und das Anschlussteil einstückig ausgebildet sind.

Das Anschlussteil kann z. B. ein plattenförmiges oder ringförmiges Element sein, das an einem der Wickelköpfe der elektrischen Maschine angeordnet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Stators einer aus dem Stand der Technik bekannten innengekühlten elektrischen Maschine mit einer Hairpin- Wicklung;

Fig. 2 eine Detailansicht eines bekannten Hairpins für eine innengekühlte elektrische Maschine;

Fig. 3 eine Ansicht eines Wickelkopfes einer aus dem Stand der Technik bekannten innengekühlten elektrischen Maschine mit einer Hairpin- Wicklung und bogenförmigen Verbindungsstücken zum Verbinden der Hairpins;

Fig. 4 eine Schnittansicht aus einem Stand der Technik einer innengekühlten elektrischen Maschine mit einer aus einzelnen Hairpins gebildeten Wicklung, wobei die Hairpins konventionell (gelötet, geschweisst) elektrisch miteinander verschaltet sind;

Fig. 5 den Bereich des offenen Wickelkopfes der innengekühlten elektrischen Maschine von Fig. 4 mit einem hydraulischen Anschlussteil, an dem die freien Enden der Hohlleiter der Wicklung angesteckt werden können;

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Spule einer Hairpin-Wicklung, bei der die einzelnen Hairpins über 3D-aufgedruckte Verbindungsstücke elektrisch und hydraulisch miteinander verbunden sind;

Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsstücks von Fig. 6

Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Spule einer Hairpin-Wicklung, bei der die einzelnen Hairpins über 3D-aufgedruckte Verbindungsstücke verbunden sind, die Abzweigleitungen aufweisen, über die ein Kühlmittel in die Spule eingespeist oder aus der Spule abgezweigt werden kann;

Fig. 9 eine vergrößerte Ansicht des Kühlmittelanschlusses von Fig. 8;

Fig. 10 eine vergrößerte Schnittansicht des Kühlmittelanschlusses von Fig. 9, in der die hydraulisch durchgehende Verbindung der Kühlmittelleitung ersichtlich ist;

Fig. 11 eine vergrößerte Teilansicht des offenen Wickelkopfes einer innengekühlten elektrischen Maschine mit einem hydraulischen Anschlussteil, an dem die rohrförmigen Abzweigleitungen der internen Kühlmittelanschlüsse eingesteckt sind;

Fig. 12 eine schematische Darstellung ringförmiger Anschlussteile zum Anstecken von Abzweigleitungen der internen Kühlmittelanschlüsse der Spulen mit Ein- und Auslass; Fig. 13 eine schematische Darstellung einer innengekühlten elektrischen Maschine mit Hairpin-Wicklung mit internen Kühlmittelanschlüssen und einem Anschlussteil zum hydraulischen Anschließen der internen Kühlmittelanschlüsse;

Fig. 14 eine Rückansicht einer innengekühlten elektrischen Maschine mit einem geschlossenen nach innen aufgebauten Wickelkopf, sodass die Wicklung als gesamte Einheit inklusive der elektrischen und hydraulischen Verschaltungen und Anschlüsse in den Stator eingeführt werden kann.

Ausführungsformen der Erfindung

Bezüglich der Erläuterung der Figuren 1 bis 3 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer innengekühlten elektrischen Maschine 1 mit einer aus einzelnen Hohlleitern 10, wie z. B. Hairpins 2, gebildeten Wicklung 7, wobei die Hohlleiter 10 über 3D-gedruckte elektrische Verbindungselemente 24 elektrisch miteinander verschaltet sind.

Im Detail umfasst die elektrische Maschine 1 einen Stator 5, einen Läufer 4 und eine im Stator 5 angeordnete Hohlleiter-Wicklung 7. Die Hohlleiter 10 sind als Profile ausgebildet und umfassen einen durchgehenden Kanal 12, durch den ein Kühlmittel geleitet wird, um die elektrische Maschine 1 zu kühlen. Die einzelnen Hohlleiter 10 sind in Nuten 6 des Stators angeordnet und hydraulisch vorzugsweise parallelgeschaltet.

Die elektrische Maschine 1 umfasst ferner ein Gehäuse 27 mit einem Gehäusedeckel 28, in dem sämtliche Komponenten der elektrischen Maschine 1 untergebracht sind.

Fig. 5 zeigt den Bereich des offenen Wickelkopfes 8 der innengekühlten elektrischen Maschine 1 von Fig. 4. Wie zu sehen ist, umfasst die elektrische Maschine 1 ein hydraulisches Anschlussteil 13, an dem die freien Enden 20 der Hohlleiter 10 der Wicklung 7 hydraulisch angeschlossen werden können. Mit Hilfe des hydraulischen Anschlussteils 13 kann ein Kühlmittel in die Hohlleiter 10 eingespeist und/oder aus den Hohlleitern 10 austretendes Kühlmittel gesammelt werden. Das hydraulische Anschlussteil 13 umfasst zu diesem Zweck vorzugsweise entsprechende Kanäle.

Die im 3D-Druckverfahren aufgedruckten Verbindungselemente 24 sind im Bereich der Enden 20 der Hohlleiter 10 in einem Raum zwischen dem Stator 5 und dem hydraulischen Anschlussteil 13 angeordnet.

Der hydraulische Anschluss der Hohlleiter 10 an den Kühlkreislauf erfolgt über Steckverbindungen, wie sie z. B. in Fig. 9 dargestellt sind. Das hydraulische Anschlussteil hat zu diesem Zweck entsprechende Öffnungen 11 , die jeweils zur Aufnahme eines einzigen Endes 20 eines Hohlleiters 10 ausgelegt sind.

Die Steckverbindungen umfassen jeweils eine Dichtung, beispielsweise mit einem Dichtung 26, der am freien Ende 20 der Hohlleiter 10 und/oder in der am hydraulischen Anschlussteil 13 vorgesehenen Öffnung 11 angeordnet ist.

Die Steckverbindung kann außerdem Rastmittel umfassen, die es ermöglichen, die Hohlleiter 10 im hydraulischen Anschlussteil 13 zu fixieren.

Bei der Herstellung der elektrischen Maschine 1 wird zunächst der Stator 5 mitsamt der Hohlleiter-Wicklung 7 angefertigt. Danach werden die elektrischen Verbindungselemente 24 an den Enden 20 der Hohlleiter 10 im 3D-Druck aufgedruckt. Schließlich wird das hydraulische Anschlussteil 13 auf den offenen Wickelkopf 8 aufgesetzt, wodurch alle Hohlleiter 10 gleichzeitig hydraulisch an den Kühlkreislauf angebunden werden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer aus einzelnen Hairpins 2 gebildeten Spule 21 , bei der die einzelnen Hairpins 2 über 3D-gedruckte Verbindungsstücke 22 elektrisch und hydraulisch miteinander verbunden sind. Die Verbindungsstücke 22 sind aus einem metallischen Material, wie z. B. Cu, gedruckt und umfassen jeweils einen internen Kanal 19, über den die Hairpins 2 hydraulisch verbunden werden. In der Ausführungsform von Fig. 6 sind ein freies Ende 20 eines ersten Hairpins (z. B. 2a) und ein freies Ende 20 eines zweiten Hairpins (z. B. 2b) mittels eines Verbindungsstücks 22 verbunden. Je nach Anforderung können in einer Spule zwei oder mehr als zwei Hairpins 2 auf diese Weise elektrisch und hydraulisch in Serie geschaltet werden.

Die in Fig. 6 dargestellte Spule 21 hat an ihren Enden 3 ferner elektrische Phasenanschlüsse L1 , L2 sowie hydraulische Ein- und Ausgänge A, B über die ein Kühlmittel in die Spule 21 eingespeist bzw. aus der Spule 21 ausgeleitet werden kann.

Das Aufdrucken der Verbindungsstücke 22 auf die Enden 20 der Hairpins 2 wird vorzugsweise in einem Zustand durchgeführt, in dem sich die Hairpins 2 im Stator 5 befinden.

Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines gedruckten Verbindungsstücks 22 von Fig. 6. Wie zu sehen ist, verläuft durch das Verbindungsstück 22 ein Kanal 19, der mit den internen Kanälen 12 der Hairpins 2a, 2b hydraulisch in Verbindung steht. Die Verbindungsstücke 22 sind aus einem metallischen Material hergestellt und schaffen damit gleichzeitig eine elektrische Verbindung der beiden Hairpins 2a, 2b.

Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht einer aus einzelnen Hairpins 2 gebildeten Spule 21 , bei der die einzelnen Hairpins 2 über einen oder mehrere 3D-gedruckte interne Kühlmittelanschlüsse 14 elektrisch und hydraulisch verbunden sind. Die internen Kühlmittelanschlüsse 14 umfassen jeweils eine Abzweigleitung 15, über die ein Kühlmittel in die Spule 21 eingespeist oder aus der Spule 21 abgezweigt werden kann. Durch die zusätzliche Einspeisung von Kühlmittel an einem oder mehreren internen Kühlmittelanschlüssen 14 (zusätzlich zur Einspeisung an den Enden 3 der Spule 21) kann eine bessere Kühlung der Spule 21 bzw. der Wicklung erreicht werden.

Die genannten internen Kühlmittelanschlüsse 14 sind in diesem Ausführungsbeispiel derart gestaltet, dass sie ein freies Ende 20 eines ersten Hairpins (z. B. 2a) und ein freies Ende 20 eines zweiten Hairpins (z. B. 2b) über einen integrierten Kanal hydraulisch miteinander verbinden. Die internen Kühlmittelanschlüsse 14 sind vorzugsweise aus einem metallischen Material, wie z. B. Kupfer oder Metalllegierung, hergestellt und schaffen damit gleichzeitig eine elektrische Verbindung der beiden Hairpins 2a, 2b.

Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines 3D-gedruckten Kühlmittelanschlusses 14 von Fig. 8. Wie zu sehen ist, sind die Abzweigleitungen 15 in Form eines Rohrstutzen ausgeführt, an dessen freiem Ende 16 ein Teil einer Steckverbindung ausgebildet ist. Die Abzweigleitungen 15 können somit beispielsweise in ein in Fig. 10 gezeigtes hydraulisches Anschlussteil 13 gesteckt werden, das entsprechende Stecköffnungen 11 aufweist.

Die genannte Steckverbindung kann Rastmittel 17, wie z. B. einen in Fig. 9 gezeigten, kragenförmig umlaufenden Rastvorsprung aufweisen, der an korrespondierenden Rastmitteln des Anschlussteils 13 einrastet und den Kühlmittelanschluss 14 im Anschlussteil 13 fixiert. Außerdem kann die Steckverbindung eine Dichtung aufweisen. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 9 umfasst die Abzweigleitung 15 zu diesem Zweck eine Nut 18, in der ein Dichtung 26 angeordnet ist.

Fig. 10 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Kühlmittelanschlusses 14 von Fig. 9 in einem Zustand, in dem die Abzweigleitung 15 in das hydraulische Anschlussteil 13 gesteckt ist. Dabei ist insbesondere der in der Abzweigleitung 15 vorhandene Kanal 12 gut zu erkennen. Der Kanal 12 verzweigt sich an einem spulenseitigen Abschnitt in einen weiteren Kanal, der die in den Hohlleitern 10 befindlichen Kanäle 12 hydraulisch miteinander verbindet.

Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Teilansicht des offenen Wickelkopfes 8 einer innengekühlten elektrischen Maschine 1 mit einem Anschlussteil 13, an dem die rohrförmigen Abzweigleitungen 15 der internen Kühlmittelanschlüsse 14 angesteckt sind.

Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung zweier ringförmiger Anschlussteile 13 zum Anstecken von Abzweigleitungen 15 der internen Kühlmittelanschlüsse 14 der Spulen 21. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kühlmittelanschlüsse 14 an zwei getrennten Anschlussteilen 13 angeschlossen, wobei eines der Anschlussteile 13 dazu dient, Kühlmittel in die daran angeschlossenen Kühlmittelanschlüsse 14 einzuspeisen und das andere Anschlussteil 13 dazu dient, aus den daran angeschlossenen Kühlmittelanschlüssen 14 austretendes Kühlmittel zu sammeln.

Beide Anschlussteile 13 haben jeweils mehrere Steckplätze 11 für die Abzweigleitungen 15 der Kühlmittelanschlüsse 14. Eines der hydraulischen Anschlussteile 13 hat außerdem einen zentralen hydraulischen Eingang und das andere Anschlussteil einen zentralen hydraulischen Ausgang (Zulauf/Ablauf). Die zentralen Anschlüsse sind mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet.

Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung einer innengekühlten elektrischen Maschine 1 mit Hairpin-Wicklung 7 mit internen Kühlmittelanschlüssen 14 und einem Anschlussteil 13 zum hydraulischen Anschließen der internen Kühlmittelanschlüsse 14. Wie zu sehen ist, ist das Anschlussteil 13 im Bereich des offenen Wickelkopfes 8, auf einer Stirnseite der elektrischen Maschine 1 angeordnet.

Die Abzweigleitungen 15 sind in diesem Ausführungsbeispiel so lang ausgeführt, dass zwischen dem Blechpaket 25 des Stators 5 und dem Anschlussteil 13 ein Freiraum bleibt, der beispielsweise dazu genutzt werden kann, die Spulen 21 der Wicklung 7 elektrisch an die externen Phasenanschlüsse anzuklemmen oder einzelnen Spulen 21 elektrisch zu verschalten.

Fig. 14 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines geschlossenen Wickelkopfes 8 eines Stators 5 mit einer aus Hohlleitern 10 hergestellten Wicklung 7 einer innengekühlten elektrischen Maschine 1.

Die Wicklung 7 kann wiederum aus vorgefertigten Pins, Hairpins 2 oder gewickelte Draht hergestellt sein, auf deren Enden 20 elektrische Verbindungselemente 24 oder hydraulische Verbindungsstücke 22 (mit oder ohne Abzweigleitung 15) aufgedruckt sind. Alternativ kann die Wicklung 7 auch vollständig im 3D-Druck hergestellt sein.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die gesamte Wicklung 7 im 3D-Druck vorgefertigt und dann in einem einzigen Arbeitsschritt in die Nuten des Stators 5 eingesetzt. Die Herstellung des Stators 5 umfasst in diesem Fall wenigstens die folgenden Schritte:

Vorfertigen einzelner Spulen 21 im 3D-Druck; - Anordnen der Spulen zu einer Wicklung 7 und

Einsetzen der gesamten Wicklung 7 in den Stator 5.

Vor dem Einsetzen können die Spulen 21 im Bereich wenigstens eines

Wickelkopfes 8 so angeordnet werden, dass sie möglichst einfach in den Stator 5 einsetzbar sind. Die Spulen 21 können auch nach dem Einsetzen in den Stator 5 nach Wunsch angeordnet werden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spulen 21 im Bereich des geschlossenen Wickelkopfes 8 in radialer Richtung nach innen angeordnet, so dass der geschlossene Wickelkopf 8 radial nach innen vorsteht.