Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Maschinen und insbe- sondere auf Rotoranordnungen für fremderregte Synchronmaschinen.

Fremderregte Synchronmaschinen als Antriebe für Fahrzeuge, wie zum Beispiel PKWs, verwenden zur Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung notwendigen Stroms vom stehenden auf ein drehendes System konduktive Übertragungseinrichtungen. Die- se können beispielsweise als Kohlebürsten- oder Schleifringanordnungen ausgeführt sein. Darüber hinaus sind auch berührungslose Übertragungseinrichtungen bekannt, die insbesondere auf induktiver Übertragung basieren. Dabei handelt es sich im We- sentlichen um Transformatoren, deren Primär- und Sekundärseite durch einen Luftspalt voneinander getrennt und gegeneinander drehbar ausgeführt sind. Auf der Sekundär- seite befindet sich ferner eine Gleichrichterschaltung, um den für die Übertragung not- wendigen Wechselstrom in einen für eine Magnetfelderzeugung notwendigen Gleich- strom zu wandeln.

Im Vergleich zu einer permanenterregten Synchronmaschine benötigt eine fremderregte Synchronmaschine statt Permanentmagnete im Rotor zusätzlich unter anderem eine Erregerwicklung am Rotor sowie eine Übertragungseinrichtung für den Strom vom ste- henden System auf den Rotor. Eine Herausforderung besteht darin, insbesondere die Übertragungseinrichtung möglichst so auszugestalten und anzuordnen, dass keine - bzw. möglichst wenig zusätzliche Baulänge der elektrischen Maschine (E-Maschine) resultiert. Eine weitere Herausforderung liegt darin, dass bei bisher bekannten Lösun- gen üblicherweise der Bauraum unterhalb der Wickelköpfe der Statorwicklung für die Anordnung des Übertragers oder der Gleichrichter-Elektronik genutzt wird und hier ei- nerseits ausgehend von den Wickelköpfen hohe Temperaturen herrschen und anderer- seits eine Kühlung erschwert ist. Zusätzliche Dichtungen und Kapselungen sind aus Effizienz- und Kostengründen ebenfalls zu vermeiden.

Somit besteht ein Bedarf an berührungslosen Übertragungssystemen für fremderregte Synchronmaschinen mit geringer Baulänge und guter Kühlmöglichkeiten. Diesem Bedarf wird durch Rotoranordnungen und fremderregte Synchronmaschinen gemäß der unabhängigen Ansprüche Rechnung getragen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Vorgeschlagen wird eine Rotoranordnung für eine fremderregte Synchronmaschine. Die Rotoranordnung umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle für wenigstens eine Erregerwicklung. Innerhalb der Rotorwelle ist ein Transformator zur berührungslo- sen Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung benötigten Stroms auf die Erreger- wicklung angeordnet. Der Transformator weist eine statorfeste Primärseite und eine mit der Rotorwelle drehfest gekoppelte Sekundärseite auf. Innerhalb der Rotorwelle ist fer- ner angeordnet ein elektrisch zwischen die Sekundärseite des Transformators und die Erregerwicklung gekoppelter Gleichrichter. Die Sekundärseite des Transformators und der Gleichrichter sind über eine axiale elektrisch leitfähige Pressfit-Verbindung mitei- nander gekoppelt. Die vorgeschlagene Lösung sieht also vor, eine induktive Energie- Übertragungseinrichtung (Transformator) innerhalb der Hohlwelle der E-Maschine an- zuordnen. Transformator und Gleichrichter können mechanisch und elektrisch vorteil- haft durch eine wieder lösbare Pressfit-Verbindung miteinander verbunden werden. Hierdurch kann eine deutliche Bauraumeinsparung und ein erleichterter Ein- und Aus- bau erreicht werden. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Gleichrich- ter einen Träger für Gleichrichterdioden auf. Der Träger (Substrat) kann rotationssym- metrisch ausgebildet sein. Wenigstens ein axialer elektrisch leitfähiger Kontaktstift der Pressfit-Verbindung koppelt eine sekundärseitige Wicklung des Transformators elektrisch mit einer metallisierten Durchkontaktierung des Trägers. Somit kann der Transformator mittels eines axialen Kontaktstifts mit dem Gleichrichter verbunden wer- den. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Träger ein elektrisch leitfähiges gestanztes Verbindungselement (Stanzgitter) zur elektrischen Ver- bindung der Sekundärseite des Transformators mit den Gleichrichterdioden auf. Das Stanzgitter kann beispielsweise alternativ oder ergänzend zu einer Leiterplatte einge- setzt werden.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Träger der Gleichrichterdioden eine Leiterplatte als Substrat für die Gleichrichterdioden auf. Die Leiterplatte kann rotationssymmetrisch (z.B. kreis- oder ringförmig) ausgebildet sein.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Leiterplatte als IMS-Leiterplatte (Insulated Metal Substrate) ausgebildet und/oder weist Vias (Durchkontaktierungen) auf, um Wärme vom Gleichrichter abzutransportieren. IMS- Leiterplatten werden auch als Metallkernleiterplatten bezeichnet. Ein Metallkern oder metallische Vias bieten jeweils eine gute Wärmeleitfähigkeit.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die Gleichrich- terdioden des Gleichrichters als SMD-Bauteile (SMD = Surface Mounted Device) aus- geführt. Alternativ können die Gleichrichterdioden auch als THT-Bauteile ausgeführt sein (THT = through-hole technology).

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind der Träger und die Gleichrichterdioden mit einer Vergussmasse vergossen ausgebildet. Dadurch kann insbesondere bei Rotation der Rotoranordnung eine hohe mechanische Stabilität des Gleichrichters erreicht werden.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist die Verguss- masse eine thermische Leitfähigkeit höher als 2 W/mK auf, vorzugsweise höher als 10 W/mK. Somit kann über die Vergussmasse auch Wärme aus dem Gleichrichter ab- transportiert werden.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Gleichrich- ter wenigstens eine Klemmbuchse auf, um den Gleichrichter ausgangsseitig elektrisch mit der Erreger- bzw. Rotorwicklung über wenigstens eine radiale Anschlussleitung zu koppeln. Über eine derartige Klemmbuchse kann ein- bzw. Ausbau des Transformators und Gleichrichters in die bzw. aus der Rotorwelle vereinfacht werden. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Gleichrich- ter einen Kühlkörper auf, der an einem axialen Ende des Gleichrichters ausgebildet ist oder Gleichrichterdioden des Gleichrichters radial umgibt. Über diesen Kühlkörper kann dann Wärme vom Gleichrichter abgeleitet werden.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind eine primärsei- tige und eine sekundärseitige Wicklung des Transformators jeweils als Flachbandwick- lung ausgebildet. Dadurch kann der Transformator radial kompakt bauen.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Transfor- mator innerhalb der Rotorwelle eine statorfeste Primärseite und eine demgegenüber um eine Drehachse verdrehbare und mit der Rotorwelle drehfest gekoppelte Sekundärseite aufweisen. Die Primärseite des innerhalb der Rotorwelle angeordneten Transformators kann also an das stehende System der fremderregten Synchronmaschine gekoppelt sein, während die Sekundärseite des Transformators an die rotierbare Rotorwelle ge- koppelt ist.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Rotoran- ordnung ferner einen axial in einen Hohlraum der Rotorwelle hineinragenden, statorfes- ten Träger aufweisen, der mechanisch mit der Primärseite des Transformators gekop- pelt ist. Der Träger für die Primärseite des Transformators kann beispielsweise lanzen- förmig ausgebildet sein und an dessen Außenumfang die Primärseite des Transforma- tors tragen bzw. abstützen.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Transfor- mator einen statorfesten, primärseitigen Ferritkern umfassen, in welchen eine primärsei- tige Wicklung des Transformators eingelegt ist. Der Transformator kann außerdem ei- nen relativ zum primärseitigen Ferritkern verdrehbaren mit der Rotorwelle drehfest ge- koppelten sekundärseitigen Ferritkern umfassen, in welchen eine sekundärseitige Wick- lung des Transformators eingelegt ist. Neben Ferrit sind selbstverständlich auch andere die Induktivität erhöhende weichmagnetische Materialen für Spulenkerne vorstellbar. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann sich die Erre- gerwicklung (Rotorwicklung) axial von einem Anfangsbereich bis zu einem Endbereich entlang der Rotorwelle erstrecken. Der Transformator (und gegebenenfalls auch der Gleichrichter) kann axial zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich der Erre- gerwicklung innerhalb der Rotorwelle angeordnet sein. Somit kann vorteilhaft axialer Bauraum eingespart werden.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind ein Außen- durchmesser eines Gehäuses des Transformators und ein Außendurchmesser eines Gehäuses des Gleichrichters an einen Innendurchmesser der Rotorwelle angepasst. Somit kann ein Presssitz des Transformators und des Gleichrichters innerhalb der Ro- torwelle erreicht werden.

Es wird weiterhin eine fremderregte Synchronmaschine vorgeschlagen, die eine Rotor- anordnung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele umfasst.

Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rotoranordnung für eine fremderregte Synchronmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Ausführung einer Klemmverbindung eines inneren Ferritkerns;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrichtung und Gleich- richteranordnung im montierten Zustand;

Fig. 4 die Anordnung der Fig. 3 in Explosionsdarstellung;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gleichrichteranordnung im montierten Zustand;

Fig. 6 die Anordnung der Fig. 5 in Explosionsdarstellung; Fig. 7,8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrich- tung und Gleichrichteranordnung; und

Fig. 9,10 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrich- tung und Gleichrichteranordnung.

Eine Synchronmaschine ist eine rotierende elektrische Maschine, in welcher der Rotor (auch Läufer genannt) synchron mit einem Drehfeld des Stators (auch Ständer genannt) läuft. Synchronmaschinen werden häufig als Drehstrommaschinen, also als Drehstrom- Synchronmaschinen ausgeführt. Die Synchronmaschine trägt ihren Namen wegen der Betriebseigenschaft, dass ihr Rotor exakt mit dem durch eine Netzfrequenz vorgegebe- nen Drehfeld synchron um läuft.

Im Rotor wird ein konstantes Magnetfeld erzeugt. Dies geschieht entweder durch einen Permanentmagnet (permanenterregt) oder durch eine elektromagnetische Fremderre- gung (fremderregt). Je nach Bauart der Synchronmaschine kann der Rotor als Schen- kelpolläufer oder Vollpolläufer ausgeführt sein. Im Gegensatz dazu wird im Stator ein magnetisches Drehfeld erzeugt, beispielsweise durch eine Erzeugung dieses Drehfelds durch Dreiphasenwechselstrom. Dafür können im Stator drei um 120° versetzt ange- ordnete Induktivitäten verbaut sein. Es versteht sich, dass auch mehr oder weniger Phasen zum Einsatz kommen können.

Vom Prinzip her kann jede Synchronmaschine als elektrischer Motor und elektrischer Generator betrieben werden. Beim Betrieb der Synchronmaschine als Generator wird der Rotor extern mechanisch angetrieben. Handelt es sich um einen fremderregten Ro- tor, so muss dieser entsprechend erregt werden. Das Magnetfeld des Rotors induziert in die Statorwicklungen periodisch eine Spannung. Diese Spannung wird als Polrad- spannung bezeichnet. Beim Motorbetrieb wird an die Synchronmaschine von außen zum Beispiel eine Dreiphasenwechselspannung angelegt. Das dadurch erzeugte mag- netische Drehfeld des Stators setzt den Rotor in Bewegung. Die Maschine kann dadurch eine externe mechanische Last, wie zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, antreiben. Die vorliegende Erfindung betrifft Rotoranordnungen für fremderregte Synchronmaschi- nen, welche beispielsweise in (teil-)elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen können.

Fig. 1 zeigt eine Rotoranordnung 1 für eine fremderregte Synchronmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die beispielhafte Rotoranordnung 1 umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 2. Die Rotorwelle 2 kann an ihrem Außenumfang mittels eines Rotorblechpakets 3 we- nigstens eine Erregerwicklung bzw. Rotorwicklung (nicht dargestellt) tragen. Innerhalb der hohlen Rotorwelle 2 ist eine induktive Übertragungseinrichtung 5 (Transformator) zur berührungslosen (induktiven) Übertragung eines für eine Rotorfelderzeugung benö- tigten Stroms auf die wenigstens eine Erregerwicklung angeordnet. Durch die Anord- nung der induktiven Übertragungseinrichtung 5 innerhalb der Rotorwelle 2 kann vorteil- haft Bauraum eingespart werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Rotoranordnung 1 wird im Wesentlichen durch die hohle Rotor- welle 2 gebildet, an deren Außenumfang das Rotorblechpaket 3 angeordnet ist. Eine oder mehrere in das Rotorblechpaket 3 eingelegte Rotorerregerwicklungen sind in Fig.

1 nicht dargestellt. Ebenso nicht dargestellt sind radial außerhalb der Rotoranordnung 1 bzw. des Rotorblechpakets 3 angeordnete und feststehende Statorwicklungen der fremderregten Synchronmaschine.

Das am Außenumfang der Rotorwelle 2 angeordnete Rotorblechpaket 3 erstreckt sich axial von einem Anfangsbereich (links) bis zu einem Endbereich (rechts) entlang der Rotorwelle 2. Im Anfangsbereich (links) des Rotorblechpakets 3 kann am Außenumfang der Rotorwelle 2 ein Wellenabsatz als axialer Anschlag für das Rotorblechpaket 3 vor- gesehen sein. Der Transformator 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel axial zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich des Rotorblechpakets 3 innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet. Dadurch wird kein zusätzlicher axialer Bauraum für den Transformator 5 benötigt. Es versteht sich allerdings, dass der Transformator 5 grund- sätzlich auch an anderen axialen Positionen innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet sein könnte, wie z.B. axial (links oder rechts) außerhalb des Rotorblechpakets 3 oder axial nur teilweise überlappend mit dem Rotorblechpaket 3.

Im Inneren der Rotorwelle 2 befindet sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine statorfeste Öllanze 4, die von einem ersten axialen Ende (links) der Rotorwelle 2 aus in axialer Richtung (nach rechts) in den Hohlraum der Rotorwelle 2 hineinragt und welche beispielsweise Kühlöl in die Rotorwelle 2 hineinleiten kann. Andere Kühlmittel als Öl (wie zum Beispiel Luft, Wasser, oder eine andere Kühlflüssigkeit) sind ebenfalls vorstellbar. Öl hat den Vorteil, dass es gleichzeitig auch noch als Schmiermittel wirken kann. Zum ersten axialen Ende (links) der Rotorwelle 2 hin ist vorliegend ein erster (In- nen-) Durchmesser der Öllanze 4 größer ausgebildet als ein zweiter (Innen-) Durch- messer der Öllanze 4 zu einem gegenüberliegenden zweiten axialen Ende (rechts) der Rotorwelle 2 hin. Durch eine Verengung von dem ersten (Innen-) Durchmesser zu dem zweiten (Innen-) Durchmesser der Öllanze 4 kann ein Druck des in die Rotorwelle 2 einströmenden Kühlöls erhöht werden. Dies kann sich vorteilhaft auf eine Strömungs- geschwindigkeit des Öls und damit dessen Kühlwirkung auswirken.

Ferner dient die Öllanze 4 im dargestellten Ausführungsbeispiel auch als Träger für eine statorfeste Primärseite des Transformators 5. Der im Innern der Rotorwelle 2 befindli- che Transformator 5 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen statorfesten, primärseitigen Ferritkern 6 auf, in welchen eine primärseitige Wicklung 10 des Trans- formators 5 eingelegt ist. Diese kann beispielsweise als Flachband- oder HF-Litzen- Wicklung (HF = Hochfrequenz) ausgeführt sein und kann von einem primärseitigen Wicklungsträger 11 umgeben sein. Der primärseitige Wicklungsträger 11 kann die Auf- gabe haben, die primärseitige Wicklung 10 bei der Montage in Form zu halten sowie aus Sicherheitsgründen eine erhöhte elektrische Isolation des Wicklungspakets gegen- über dem primärseitigen Ferritkern 6 und damit dem Stator (nicht gezeigt) darzustellen. Der primärseitige Ferritkern 6 ist mit der Öllanze 4 mechanisch fest verbunden und da- mit statorfest. Der primärseitige Ferritkern 6 ist rotationssymmetrisch und an einem Au- ßenumfang der Öllanze 4 angebracht. Ferner kann der primärseitige Ferritkern 6 einen axialen Abschnitt und einen radial nach außen weisenden Abschnitt umfassen. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der axiale Abschnitt des primärseitigen Fer- ritkerns 6 mit dem Außenumfang der Öllanze 4 fest gekoppelt. Der zweite Teil des Transformators 5 umfasst einen relativ zum primärseitigen Ferrit- kern 6 verdrehbaren mit der Rotorwelle 2 an deren Innenumfang drehfest gekoppelten sekundärseitigen Ferritkern 7, in welchen eine sekundärseitige Wicklung 12 des Trans- formators 5 eingelegt ist. Diese kann ebenfalls als Flachband- oder HF-Litzen-Wicklung ausgeführt sein und kann von einem sekundärseitigen Wicklungsträger 13 umgeben sein. Der sekundärseitige Wicklungsträger 13 kann die Aufgabe haben, die sekundär- seitige Wicklung 12 bei der Montage in Form zu halten sowie aus Sicherheitsgründen eine erhöhte elektrische Isolation des Wicklungspakets gegenüber dem sekundärseiti- gen Ferritkern 7 und damit dem Rotor darzustellen. Der sekundärseitige Ferritkern 7 ist mit der Rotorwelle 2 mechanisch verbunden und damit rotorfest. Der sekundärseitige Ferritkern 7 ist rotationssymmetrisch und an einem Innenumfang der Rotorwelle 2 an- gebracht. Ferner kann der sekundärseitige Ferritkern 7 einen axialen Abschnitt und ei- nen radial nach innen weisenden Abschnitt umfassen. In dem in Fig. 1 gezeigten Aus- führungsbeispiel ist der axiale Abschnitt des sekundärseitigen Ferritkerns 7 mit dem Innenumfang der Rotorwelle 2 drehfest gekoppelt. Die Wicklungen 10 und 12 werden von den axialen und radialen Abschnitten der Ferritkerne 6 und 7 eingerahmt.

Da Ferrit spröde ist, sollten bei einer Montage der Rotoranordnung 1 möglichst keine Zugspannungen eingeleitet werden. Der in die Rotorwelle 2 eingesetzte sekundärseitige Ferritkern 7 kann beispielsweise in die Rotorwelle 2 eingepresst werden, da hierbei Druckspannungen im Material auftreten. Auf diese Weise kann er auch unter Flieh- krafteinwirkung nach außen durch die Rotorwelle 2 optimal abgestützt werden. Der pri- märseitige Ferritkern 6 sollte jedoch nicht auf die Öllanze 4 gepresst (geschrumpft) werden, da er in Folge von Zugspannungen zerbrechen könnte. Hier kann entweder eine Klebeverbindung vorteilhaft sein, oder eine mechanische Verbindung, bei der der primärseitige Ferritkern 6 axial geklemmt oder über einen Formschluss gehalten wird.

Die Primärseite bzw. primärseitige Wicklung 10 des Transformators 5 kann mit einem elektrischen Wechselrichter (nicht dargestellt) elektrisch verbunden werden, welcher den zur Funktion des Transformators 5 notwendigen Wechselstrom bereitstellt. Die Se- kundärseite bzw. sekundärseitige Wicklung 12 kann mit einer Gleichrichteranordnung 14 elektrisch verbunden werden. Diese ist notwendig, um den Wechselstrom in einen Gleichstrom zu wandeln, welcher zum Aufbau des Rotor-Erregerfelds benötigt wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zwischen Sekundärseite des Transforma- tors 5 und Erregerwicklung gekoppelte Gleichrichteranordnung 14 ebenfalls im Innern der hohlen Rotorwelle 2 angeordnet. Die Gleichrichteranordnung 14 ist in dem darge- stellten Ausführungsbeispiel ebenfalls axial zwischen dem Anfangsbereich und dem Endbereich des Rotorblechpakets 3 innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet. Dadurch wird kein zusätzlicher axialer Bauraum für die Gleichrichteranordnung 14 benötigt. Es versteht sich allerdings, dass die Gleichrichteranordnung 14 grundsätzlich auch an an- deren axialen Positionen innerhalb der Rotorwelle 2 angeordnet sein könnte, wie z.B. axial (links oder rechts) außerhalb des Rotorblechpakets 3 oder axial nur teilweise über- lappend mit dem Rotorblechpaket 3.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Gleich- richteranordnung 14.

Die Gleichrichteranordnung 14 umfasst hier im Wesentlichen ein Gleichrichtergehäuse 15, welches in die Rotorwelle 2 eingeschoben und mit dieser mechanisch (drehfest) verbunden werden kann, sowie elektronischen Bauelementen, wie zum Beispiel Gleich- richterdioden 16. Die die Sekundärseite (sekundärseitige Wicklung) 12 des Transforma- tors 5 und die Gleichrichteranordnung 14 können über eine axiale elektrisch leitfähige Pressfit- oder Einpress-Verbindung miteinander gekoppelt sein, um eine elektrische Verbindung zwischen Gleichrichteranordnung 14 und Transformator 5 herzustellen. Als Einpresstechnik bezeichnet man eine lötfreie Verbindungstechnik, bei der ein oder meh- rere Kontaktstifte in ein metallisiertes Loch (Durchkontaktierung) z.B. einer Leiterplatte der Gleichrichteranordnung 14 gedrückt werden. Die Kontaktstifte können vorliegend in entsprechende axiale Öffnungen des Gleichrichtergehäuses 15 gesteckt werden.

Ein Außenumfang des Gleichrichtergehäuses 15 ist an den Innenumfang der Rotorwelle 2 angepasst. Ein Innenumfang des Gleichrichtergehäuses 15 ist im vorliegenden Aus- führungsbeispiel mehreckig (hier: oktogonal) ausgebildet, so dass die Gleichrichterdio- den 16 auf tangentialen Flächen im Inneren des Gleichrichtergehäuses 15 angeordnet werden können. Die Gleichrichterdioden 16 können über Isolierpads 17 elektrisch isolie- rend aber thermisch möglichst gut leitend mit dem Gleichrichtergehäuse 15 verbunden sein. Das Gleichrichtergehäuse 15 kann zur guten Ableitung der entstehenden Abwär- me der Gleichrichterdioden 16 vorzugsweise aus Aluminium gefertigt sein. Durch die Anordnung der Gleichrichterdioden 16 auf tangentialen Flächen im Inneren des Gleich- richtergehäuses 15 können die Bauelemente gegenüber Fliehkraftwirkung optimal ab- gestützt werden. Die Gleichrichterschaltung ist sekundärseitig elektrisch mit der Erre- gerwicklung des Rotors verbunden, dies ist jedoch nicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Baugruppe aus Übertragereinrich- tung 5 und Gleichrichteranordnung 14 im montierten Zustand. Fig. 4 zeigt dieselbe An- ordnung in Explosionsdarstellung. Die Baugruppe ist zur Anordnung innerhalb der Ro- torwelle 2 konzipiert. Übertragereinrichtung 5 und Gleichrichteranordnung 14 sind koa- xial angeordnet. Die axiale Position der Baugruppe 5, 14 kann entweder eine axiale Überdeckung zur Erregerwicklung bzw. zum Rotorblechpaket 3 des Rotors aufweisen oder axial neben dieser sein.

Die Primärseite des Transformators 5 wird durch den primärseitigen Ferritkern 6 mit dem primärseitigen Wicklungsträger 11 und der primärseitigen Wicklung 10 gebildet. Die Wicklung 10 ist vorzugsweise als Flachbandwicklung ausgeführt. An beiden Enden des Flachbands ist jeweils ein primärseitiger axialer Kontaktierungspin 18 befestigt, bei- spielsweise durch Schweißen oder Löten. Der primärseitige Kontaktierungspin 18 kann mit einem elektrischen Wechselrichter (nicht dargestellt) elektrisch verbunden werden, welcher den zur Funktion des Transformators 5 notwendigen Wechselstrom bereitstellt. Montagetechnisch ist es günstig, die primärseitige Wicklung 10 auf dem primärseitigen Wicklungsträger 11 vorzumontieren. Durch einen primärseitigen Wicklungsverguss 19 kann die primärseitige Wicklung 10 mechanisch gehalten, elektrisch isoliert und vor Kontamination geschützt werden.

Die Sekundärseite des Transformators 5 ist analog aufgebaut mit dem sekundärseitigen Ferritkern 7 und der darin aufgenommenen sekundärseitigen Wicklung 12, die ebenfalls als Flachbandwicklung ausgeführt sein kann. Durch einen sekundärseitigen Wicklungs- verguss 20 kann die sekundärseitige Wicklung 12 mechanisch gehalten, elektrisch iso- liert und vor Kontamination geschützt werden Der sekundärseitige Ferritkern 7 kann an Teilen seiner Außenkontur mit einer Isolierung 21 versehen sein, die ihn thermisch und elektrisch von der Rotorwelle 2 entkoppelt.

Primär- und sekundärseitiger Ferritkern 6, 7 können axial ineinandergesteckt werden, sind jedoch durch Luftspalte axial and radial voneinander getrennt, so dass sie im Be- trieb der Rotoranordnung berührungslos gegeneinander verdreht werden können. Der primärseitige Ferritkern 6 ist statorfest, der sekundärseitige Ferritkern 7 rotorfest ange- bunden.

Augenmerk ist in der Fig. 3 auf den Bereich zu legen, in dem ein oder mehrere axiale Kontaktierungspins 22 der sekundärseigen Wicklung 12 den sekundärseitigen Ferrit- kern 7 axial durchdringt. Hierzu ist eine axiale Durchgangsöffnung am Innenumfang des sekundärseitigen Ferritkerns 7 vorgesehen. Zwischen dem sekundärseitigen Ferritkern 7 und dem Kontaktierungspin bzw. Kontaktstift 22 befindet sich innerhalb der Durch- gangsöffnung ebenfalls eine elektrische Isolierung, damit der Kontaktstift 22 und der sekundärseitige Ferritkern 7 elektrisch entkoppelt sind. Analoges gilt für Durchführun- gen für andere Kontaktstifte durch den primär- und sekundärseitigen Ferritkern 6, 7. Der Kontaktstift 22 kann mit seinem axialen Ende in ein metallisiertes Loch (Durchkontaktie- rung) einer Leiterplatte 23 des Gleichrichters 14 gedrückt werden, so dass eine elektri- sche Verbindung zwischen sekundärseitiger Wicklung 12 und Leiterplatte 23 der Gleich- richteranordnung 14 hergestellt werden kann.

Die Gleichrichteranordnung 14 kann eine Brückenschaltung von beispielsweise vier Gleichrichterdioden 16 umfassen. Diese können vorteilhaft als SMD Bauteile ausgeführt und auf der Leiterplatte 23 angeordnet sein. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann die Leiterplatte 23 ringförmig ausgebildet sein. Die Gleichrichterdioden 16 können in Umfangsrichtung gleichmäßig auf der Leiterplatte 23 angeordnet werden. Die Kontaktierung der Gleich- richterschaltung 14 bzw. der Leiterplatte 23 mit der sekundärseitigen Wicklung 12 der Übertragereinrichtung 5 ist als Pressfit-Verbindung ausgeführt, wobei die axialen Kon- taktierungspins 22 der sekundärseitigen Wicklung 12 in entsprechende Bohrungen der Leiterplatte 23 eingebracht werden. Zur Kontaktierung der Gleichrichterschaltung 14 mit der Rotorwicklung der fremderreg- ten Synchronmaschine (nicht dargestellt) können auf der Leiterplatte 23 Anschluss- buchsen 24 angeordnet sein. In diese können bei der Montage von radial außen durch entsprechende radiale Durchbrüche in der Rotorwelle 2 Leiter eingeführt und geklemmt werden.

Auf einer dem Transformator 5 abgewandten Rückseite der Leiterplatte 23 kann ein Kühlkörper 25 angeordnet und beispielsweise mittels Schrauben 26 mit der Leiterplatte verbunden werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann der Kühlkörper 25 ebenfalls (zumindest abschnittsweise) ringförmig ausgebildet sein. Zur Übertragung der Abwärme der Gleich- richterdioden 16 durch die Leiterplatte 22 hindurch zum Kühlkörper 25 kann die Leiter- platte 23 über sogenannte Vias (durchkontaktierte Bohrungen) 27 verfügen. Alternativ kann eine sogenannte IMS-Leiterplatte mit integriertem Aluminiumkern zur besseren Wärmeübertragung zum Kühlkörper 25 verwendet werden. Eine elektrische Isolation der Dioden-Rückseite zu den Vias 27 kann beispielsweise durch Lack, Keramikplätt- chen oder dergleichen erreicht werden (nicht dargestellt). Der Kühlkörper 25 kann bei- spielsweise metallisch ausgebildet sein und/oder eine wärmeleitfähige Keramik aufwei- sen.

Zum Schutz der Dioden 16 vor Kontakt mit umgebendem Kühlöl und möglicher Verun- reinigungen kann die Leiterplatte 23 nach Montage der Dioden 16 mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 28 vergossen bzw. umspritzt werden. Hierdurch können die Dioden 16 auch mechanisch zusätzlich gehalten und gegenüber Vibrationen und Flieh- krafteinwirkung geschützt werden.

Bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel dient also eine (rotationssym- metrische) Leiterplatte 23 als Träger der Gleichrichterdioden 16 sowie der Kontaktie- rungselemente zwischen Gleichrichterschaltung 14 und Übertrager 5 sowie zwischen Gleichrichterschaltung 14 und Rotorwicklung. Die Gleichrichterdioden 16 können in SMD Ausführung ausgebildet sein. Die Kontaktierung zur sekundärseitigen Wicklung 12 findet über eine axiale Pressfit Verbindung statt. Wicklungen 10, 12 der Übertragungs- einrichtung 5 können als Flachbandwicklungen mit axialen Kontaktierungspins 18, 22 an den Enden des Bandes ausgeführt sein. Eine Kontaktierung zur Rotorwicklung kann über Klemmbuchsen 24 stattfinden, in die in radialer Richtung von außen ein Schwert am Ende der Rotorwicklung oder das Drahtende der Rotorwicklung selbst eingeführt wird (mindestens eine Kontaktierungsstelle zur Rotorwicklung innerhalb der Rotorwelle). Eine dem Transformator 5 zugewandte Vorderseite der Leiterplatte 23 kann zusammen mit den Gleichrichterdioden 16 umspritzt bzw. vergossen werden. Ein Kühlkörper 25 kann auf der Rückseite der Leiterplatte 23 vorgesehen sein und durch Schrauben 26 mit der Leiterplatte 23 verbunden werden. Der Teilkreis der Verschraubungen kann da- bei kleiner sein als der Innendurchmesser des sekundärseitigen Ferrits 7. Zur verbes- serten Wärmeübertragung kann die Leiterplatte 23 mit Vias 27 versehen sein oder in IMS Ausführung ausgebildet sein. Zur Isolation gegenüber der Rotorwelle 2 dient eine elektrisch isolierende Umspritzung 21 des sekundärseitigen Ferritkerns 7. Die Baugrup- pe aus Übertragereinrichtung 5 und Gleichrichteranordnung 14 ist auf zwei (vormontier- bare) Teil-Baugruppen aufgeteilt: Übertrageranordnung 5 und Gleichrichteranordnung 14, welche aber unmittelbar zusammengefügt und räumlich direkt (axial) nebeneinander positioniert werden können.

Eine alternative Ausführung der Gleichrichteranordnung 14 ist in Fig. 5 sowie als Explo- sionsdarstellung in Fig. 6 dargestellt.

Die Gleichrichteranordnung 14 der Fig. 5 und 6 unterscheidet sich darin von der zuvor Beschriebenen, dass auf den Kühlkörper 25 verzichtet wird. Stattdessen können die Leiterplatte 23 und die Dioden 16 mit einem speziellen Duroplast umspritzt werden, welcher als besondere Materialeigenschaft über eine im Vergleich zu konventionellen Duroplasten deutlich erhöhte thermische Leitfähigkeit besitzt. Derartige Werkstoffe sind sowohl Gegenstand der Forschung als auch bereits auf dem Markt verfügbar. Die er- höhte Wärmeleitfähigkeit wird beispielsweise durch keramische Zusätze erreicht. Vor- teilhaft ist eine thermische Leitfähigkeit von größer 2 W/mK, insbesondere aber von größer 10 W/mK. Die Umspritzung vereint somit den mechanischen und chemischen Schutz der Bauelemente mit der Funktion der Wärmeableitung und des Kühlkörpers. Auf diese Art und Weise kann für die Leiterplatte 23 ein axial vorderer und axial hinterer Thermo-Leit-Verguss 29 bzw. 30 erzeugt werden. Dies bietet Vorteile bei der geometri- schen Gestaltung, spart ein Bauteil ein und ermöglicht es auch insbesondere, die Lei- terplatte 23 beidseitig zu bestücken, wie es die Fig. 6 dargestellt. Hierdurch können kleinere Dioden 16 verwendet oder eine höhere Stromtragfähigkeit erreicht werden.

Die Leiterplate 23 als Träger der Gleichrichterdioden 16 kann also mit einem duroplas- tischen Kunststoff mit einer erhöhten thermischen Leitfähigkeit vergossen werden. Der Verguss 29, 30 kombiniert elektrische Isolation, chemischen Schutz, mechanischen Schutz und Wärmeabfuhr in einem. Besonders interessant ist dies in Kombination mit einer beidseitig bestückten Leiterplatte.

Eine weitere Ausführung zeigen Fig. 7 und Fig. 8. Hierbei ist die Übertragereinrichtung 5 wie aus Fig. 3 bekannt gestaltet und mittels axialer Pressfit-Verbindung mit der Gleichrichteranordnung 14 gekoppelt. Die Gleichrichteranordnung 14 umfasst wiederum eine (ringförmige) Leiterplatte 23, welche Leiterbahnen der Gleichrichterschaltung sowie elektrische Anschlüsse zur Sekundärseite der Übertragereinrichtung 5 sowie zur Rotor- wicklung (nicht dargestellt) bereitstellt. Die Gleichrichterdioden 16 sind hier jedoch in sogenannter THT-Ausführung („through hole technology“) gestaltet und stehend auf der Rückseite der Leiterplatte 23 angebracht. Anschlusspins der Dioden 16 sind beispiels- weise auf der Vorderseite der Leiterplatte 23 mit den Leiterbahnen verlötet. Zum Schutz der Leiterplatte 23 und der Kontakte dient wieder ein Leiterplatten-Verguss 31 axial zwi- schen Transformator 5 und Leiterplatte 23. Der Leiterplatten-Verguss 31 umgibt die Lei- terplatte 23 auch radial.

Der Verguss 31 ist hier so ausgeführt, dass er radial und axial um die Leiterplatte 23 außen herum ragt und zudem einen Kühlkörper 32 für die Gleichrichterdioden 16 an dessen Außenkontur fasst. Der Kühlkörper 32 umgibt die THT-Gleichrichterdioden 16 radial und weist auf seiner Innenseite Anlageflächen für die Gleichrichterdioden 16 auf. Die Gleichrichterdioden 16 können so vom Kühlkörper 32 nach radial außen hin gegen- über der Fliehkraft abgestützt werden. Die Gleichrichterdioden 16 können beispielswei- se über radiale Stifte 33 mit dem Kühlkörper 32 verbunden sein. Zwischen den Dioden 16 und dem Kühlkörper 32 können zudem Isolierelemente 34 zur elektrischen Isolation vorgesehen sein. Auf der Außenseite des Kühlkörpers 32 kann sich, wie in Fig. 8 er- sichtlich, eine wellen- oder rippenförmige Struktur befinden. Dadurch wird einerseits die Oberfläche des Kühlkörpers 32 vergrößert, um die Abgabe von Wärme z.B. an das um- gebende Kühlöl zu vergrößern. Andererseits wird dadurch beim Einpressen des Kühl- körpers 32 in die Rotorhohlwelle (nicht dargestellt) die Kontaktfläche zwischen der Wel- le und dem Kühlkörper 32 verringert und dadurch weniger Wärme von der Welle 2 in den Kühlkörper 32 eingebracht.

Eine weitere Ausführung zeigen Fig. 9 und Fig. 10. Die Übertragereinrichtung 5 ist wie- derum nach dem bekannten Prinzip aufgebaut, die Gleichrichteranordnung 14 unter- scheidet sich jedoch in ihrem Aufbau. Hier kommt ein sogenannter Komponententräger 35 für die Gleichrichterdioden 16 und den Kühlkörper 32 zum Einsatz. Der Komponen- tenträger 35 umfasst einen Grundkörper 36 aus Kunststoff und ein in diesen eingebette- tes Stanzgitter 37. Der Grundkörper 36 kann also durch eine Kunststoffumspritzung des Stanzgitters 37 gebildet werden, stellt eine elektrische Isolation aller Leiter dar und stützt mechanisch das Stanzgitter 37. Das Stanzgitter 37 bildet die Leiterbahnen zur Verschaltung der Gleichrichterschaltung mit den Dioden 16 und den Kontaktierungen zur sekundärseitigen Wicklung 12 und zur Rotorwicklung. Die axialen Kontaktstifte 22 der Pressfit-Verbindung können vorliegend in entsprechende axiale Öffnungen des Komponententrägers 35 und des Stanzgitters 37 gesteckt werden. Zudem nimmt der Komponententräger 35 den Kühlkörper 32 an dessen äußeren Kontur auf. Das heißt, der Komponententräger 35 umfasst den Kühlkörper 32 radial und axial zumindest teil- weise. Die Dioden 16 können radial zwischen den Komponententräger 35 und den Kühlkörper 32 geklemmt werden. An einer Vorder- bzw. Stirnseite des Grundkörpers 36 können axiale Nasen 38 ausgebildet sein, um eine definierte Punktanlage am sekun- därseitigen Ferritkern 7 der Übertragereinrichtung 5 zu gewährleisten.

Die hier beschriebenen Bauteile sind wirtschaftlich herstellbar und können hohe me- chanische Belastungen in Folge von Fliehkraft und Vibrationen sowie thermische Belas- tungen durch Eigen- als auch Fremderwärmung ertragen. Ebenso ist ein Schutz gegen- über chemischer Reaktion mit umgebendem Kühlöl gegeben.

Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufge- nommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombina- tion mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser An- spruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Bezuqszeichen 1 Rotoranordnung 2 Hohlwelle 3 Rotorblechpaket 4 Statorfeste Öllanze 5 induktive Übertragereinrichtung 6 Primärseitiger Ferritkern 7 Sekundärseitiger Ferritkern 8 Äußerer Luftspalt 9 Innerer Luftspalt 10 Primärseitige Wicklung 1 1 Primärseitiger Wicklungsträger 12 Sekundärseitige Wicklung 13 Sekundärseitiger Wicklungsträger 14 Gleichrichteranordnung 15 Gleichrichtergehäuse 16 Gleichrichterdiode 17 Isolierpad 18 Kontaktierungspin 19 Primärseitiger Wicklungsverguss 20 Sekundärseitiger Wicklungsverguss 21 Isolierung 22 Kontaktstift 23 Leiterplatte 24 Anschlussbuchse 25 Kühlkörper 26 Schrauben 27 Via 28 Vergussmasse 29 axial vorderer Thermo-Leit-Verguss 30 axial hinterer Thermo-Leit-Verguss 31 Leiterplatten-Verguss 32 Kühlkörper 33 Stift 34 Isolierelement 35 Komponententräger 36 Grundkörper 37 Stanzgitter 38 axiale Nasen