Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Rotorwelle für einen stromerregten Rotor einer elektrischen Maschine.

Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt.

Die Rotorwelle für einen stromerregten Rotor kann mehrteilig mit getrennten Lagersitzen aufgebaut sein, wobei in einem Lagersitz die Schleifringe zur elektrischen Energieversorgung der Spulen des Rotors angeordnet sind. Die Verwendung einer mehrteiligen Rotorwelle kann zu einer reduzierten Stabilität und/oder zu einer reduzierten mechanischen Belastbarkeit der Rotorwelle führen. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Rotorwelle für einen stromerregten Rotor einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die eine erhöhte Stabilität, Lebensdauer und mechanische Belastbarkeit aufweist.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Gemäß einem Aspekt wird eine Rotorwelle für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer stromerregten, elektrischen Synchronmaschine, beschrieben. Die Rotorwelle umfasst ein Wellenteil, das z.B. im Wesentlichen eine Kreiszylinderform aufweist. Das Wellenteil erstreckt sich entlang der Rotationsachse des Rotors, und kann ggf. rotationssymmetrisch in Bezug auf die Rotationsachse ausgebildet sein (abgesehen von ein oder mehreren Nuten in dem Wellenteil).

Das Wellenteil weist einen Rotorkörper-Bereich zur Anordnung in dem Rotorkörper, insbesondere zur Anordnung in einer zentralen Öffnung des Rotorkörpers, eines Rotors auf. Der Rotorkörper-Bereich kann derart ausgebildet sein, dass das Wellenteil anhand einer Presspassung im Rotorkörper-Bereich mit dem Rotorkörper gefügt werden kann. Zu diesem Zweck kann das Wellenteil vor dem Fügen mit dem Rotorkörper abgekühlt werden.

In einem Beispiel weist das Wellenteil eine in axialer Richtung (auf den Rotorkörper-Bereich) folgende Lagerfläche zur Lagerung der Rotorwelle auf. In einem alternativen Beispiel kann die Lagerfläche an dem Schleifringmodul der Rotorwelle angeordnet sein.

Der Rotorkörper-Bereich kann sich bis zu der Stirnfläche des Rotorkörpers erstrecken. Die Lagerfläche kann als Verlängerung des Wellenteils in axialer Richtung neben dem Rotorkörper-Bereich (und somit neben der Stirnfläche des Rotorkörpers) angeordnet sein. Zwischen der Lagerfläche (des Wellenteils oder des Schleifringmoduls) und dem Rotorkörper-Bereich (des Wellenteils) kann ein Anschlussbereich des Wellenteils angeordnet sein. Im Anschlussbereich des Wellenteils kann eine elektrische Anbindung der Windungen des Rotors an eine Stromversorgung erfolgen.

Die Lagerfläche der Rotorwelle weist typischerweise eine kreiszylindrische Form auf. Die Lagerfläche kann ausgebildet sein, ein Lager zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle aufzunehmen.

Das Wellenteil umfasst ferner ein in axialer Richtung (auf die Lagerfläche oder auf den Anschlussbereich) folgendes Tragelement. Dabei kann das Tragelement als (kreiszylinderförmiger) Zapfen bzw. Bolzen ausgebildet sein, der sich in radialer Richtung von dem Rotorkörper-Bereich und von dem Anschlussbereich (und ggf. von der Lagerfläche) des Wellenteils weg erstreckt. Das Tragelement kann einen geringeren Durchmesser aufweisen als die Lagerfläche und/oder als der Rotorkörper-Bereich und/oder als der Anschlussbereich. So kann in effizienter Weise ein Anschlag (an dem Übergang zwischen dem Tragelement und der Lagerfläche bzw. dem Anschlussbereich) gebildet werden. Des Weiteren weist das Wellenteil ein oder mehrere Nuten auf, die jeweils in axialer Richtung von dem (ggf. zwischen dem Rotorkörper-Bereich und der Lagerfläche angeordneten) Anschlussbereich des Wellenteils bis zu dem Tragelement verlaufen. Die ein oder mehreren Nuten können insbesondere jeweils an dem Anschlag des Wellenteils beginnen und in dem Anschlussbereich des Wellenteils enden. Dabei können die ein oder mehreren Nuten die Lagerfläche der Rotorwelle queren.

Typischerweise weist das Wellenteil genau zwei Nuten auf (für genau zwei elektrische Modulleitungen). Die beiden Nuten können in einem Winkelabstand von 180° zueinander (d.h. genau gegenüber) an dem Wellenteil angeordnet sein. Die ein oder mehreren Nuten können an der Außenseite der Wand des Wellenteils verlaufen.

Das Wellenteil ist bevorzugt einteilig und/oder als metallisches Bauteil ausgebildet. Als Folge daraus kann das Wellenteil in effizienter Weise (durch Einwirken von Kälte) mit einem Rotorkörper gefügt werden. Ferner ist das Wellenteil bevorzugt zumindest bereichsweise hohl ausgebildet, um das Gewicht des Wellenteils zu reduzieren.

Die Rotorwelle umfasst ferner ein Schleifringmodul (als getrenntes Bauteil von dem Wellenteil). Das Schleifringmodul kann (im Wesentlichen, insbesondere bis auf die ein oder mehreren Modulleitungen und ggf. bis auf die Lagerfläche) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff bestehen.

Das Schleifringmodul weist ein Basiselement mit ein oder mehreren Schleifringen auf, das auf dem Tragelement des Wellenteils angeordnet ist. Das Basiselement des Schleifringmoduls kann zu diesem Zweck einen Hohlraum aufweisen, der ausgebildet ist, das Tragelement des Wellenteils aufzunehmen, insbesondere derart, dass zwischen dem Basiselement des Schleifringmoduls und dem Tragelement des Wellenteils eine Presspassung gebildet wird. Das Basiselement kann insbesondere als (kreisförmiger) Hohlzylinder ausgebildet sein.

Das Basiselement kann somit die Aufgabe erfüllen, das Schleifringmodul auf dem Wellenteil zu fixieren. Die axiale Positionierung des Schleifringmoduls kann dabei über den Anschlag des Wellenteils erfolgen. Die (dem Rotorkörper-Bereich des Wellenteils zugewandte) Stirnfläche des Basiselements kann zu diesem Zweck an dem Anschlag des Wellenteils platziert sein (und ggf. durch eine Schraube gegen den Anschlag des Wellenteils gedrückt werden).

Des Weiteren umfasst das Schleifringmodul ein oder mehrere (insbesondere genau zwei) elektrisch leitende Modulleitungen, die sich von den entsprechenden ein oder mehreren Schleifringen innerhalb der entsprechenden ein oder mehreren Nuten des Wellenteils bis zu dem Anschlussbereich des Wellenteils erstrecken.

Es wird somit eine Rotorwelle beschrieben, die ein (einteiliges, metallisches) Wellenteil aufweist, das in effizienter und zuverlässiger Weise mit einem Rotorkörper gefügt werden kann. In einem nachfolgenden Prozessschritt kann dann in effizienter Weise das Schleifringmodul an dem Wellenteil, insbesondere an dem Tragelement des Wellenteils, befestigt werden, um die ein oder mehreren (insbesondere die genau zwei) Schleifringe bereitzustellen, und um die ein oder mehreren Schleifringe über ein oder mehrere entsprechende Modulleitungen elektrisch leitend mit den Windungen des Rotors zu verbinden. So kann eine robuste, langlebige und effizient herstellbare Rotorwelle bereitgestellt werden.

Wie bereits weiter oben dargelegt, weist die Rotorwelle eine an dem Wellenteil und/oder an dem Schleifringmodul angeordnete Lagerfläche zur Lagerung der Rotorwelle auf. Dabei kann die Lagerfläche in Bezug auf die axiale Richtung zwischen dem Anschlussbereich des Wellenteils und den ein oder mehreren Schleifringen des Schleifringmoduls angeordnet sein. Insbesondere kann die Lagerfläche die ein oder mehrere Nuten und die ein oder mehreren elektrisch leitenden Modulleitungen radial umlaufend um die axiale Richtung umschließen. So kann in effizienter Weise bewirkt werden, dass die Lagerfläche nicht durch die elektrische Anbindung der ein oder mehreren Schleifringe an die Windungen des Rotors beeinträchtigt und/oder unterbrochen wird.

Die Lagerfläche kann zwischen dem Anschlussbereich und dem Tragelement an dem Wellenteil angeordnet sein. Alternativ kann die Lagerfläche an dem Schleifringmodul, insbesondere an dem dem Anschlussbereich des Wellenteils zugewandten Ende des Schleifringmoduls, angeordnet sein.

Die ein oder mehreren (insbesondere die genau zwei) elektrisch leitenden Modulleitungen können jeweils in einem elektrisch isolierenden Träger (z.B. aus Kunststoff) angeordnet sein. Die ein oder mehreren Träger können sich dabei jeweils ausgehend von der (am Anschlag des Wellenteils angeordneten) Stirnfläche des Basiselements des Schleifringmoduls in axialer Richtung zu dem Anschlussbereich des Wellenteils hin erstrecken. Ferner können die ein oder mehreren Nuten ausgebildet sein, die entsprechenden ein oder mehreren Träger aufzunehmen. Zu diesem Zweck können die einzelnen Nuten eine Form aufweisen, die komplementär zu der Form der entsprechenden Träger ist, sodass die einzelnen Nuten vollständig durch die entsprechenden Träger ausgefüllt werden. Durch die Anordnung der einzelnen Modulleitungen in jeweils einem elektrisch isolierenden Träger kann das Schleifringmodul in besonders effizienter und sicherer Weise auf dem Wellenteil angeordnet werden.

An der (an dem Anschlag des Wellenteils angeordneten) Stirnfläche des Basiselements des Schleifringmoduls können ein oder mehrere (elastische) Dichtelemente zur fluiddichten Abdichtung der entsprechenden ein oder mehreren Nuten des Wellenteils angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Modulleitung im Bereich der Stirnfläche des Basiselements mit einem Dichtelement umgeben sein, sodass das Dichtelement gegen das an der Stirnfläche des Basiselements angeordnete Ende der entsprechenden Nut gedrückt wird, um diese Nut abzudichten. So kann in zuverlässiger Weise vermieden werden, dass ein Fluid (insbesondere Öl) von den Windungen des Rotors zu den ein oder mehreren Schleifringen gelangt, und/oder dass metallischer Staub von den ein oder mehreren Schleifringen zu den Windungen des Rotors gelangt. Es können somit die Robustheit und die Sicherheit der elektrischen Maschine erhöht werden.

Das Basiselement des Schleifringmoduls kann zumindest eine radial um das Basiselement umlaufende Dichtfläche aufweisen, die zwischen den ein oder mehreren Schleifringen und der dem Anschlussbereich des Wellenteils zugewandten Stirnfläche des Basiselements angeordnet ist. Die Dichtfläche kann zur Abdichtung von Öl von den Windungen des Rotors und/oder von metallischem Staub von den Schleifringen verwendet werden.

Die Rotorwelle kann zumindest ein Dichtelement aufweisen, das auf der zumindest einen Dichtfläche des Basiselements des Schleifringmoduls angeordnet ist. Das Dichtelement kann ausgebildet sein, die ein oder mehreren Schleifringe gegenüber einem Fluid, insbesondere gegenüber Öl, das an der Lagerfläche der Rotorwelle und/oder an den Windungen des Rotors angeordnet ist, abzuschirmen. Durch die Bereitstellung eines Dichtelements, das umlaufend um das Basiselement des Schleifringmoduls angeordnet ist, kann in zuverlässiger Weise vermieden werden, dass Fluid (insbesondere Öl) von den Windungen des Rotors zu den ein oder mehreren Schleifringen gelangt, und/oder dass metallischer Staub von den ein oder mehreren Schleifringen zu den Windungen des Rotors gelangt. Es können somit die Robustheit und die Sicherheit der elektrischen Maschine erhöht werden.

Das Tragelement des Wellenteils kann an einer (von dem Rotorwellen-Bereich des Wellenteils abgewandten) Stirnfläche eine Gewindebohrung aufweisen. Die Rotorwelle kann eine Schraube aufweisen, die in die Gewindebohrung des Tragelements des Wellenteils geschraubt ist, und die ausgebildet ist, das Schleifringmodul in axialer Richtung auf dem Tragelement des Wellenteils zu fixieren. Die Schraube kann insbesondere ausgebildet sein, das Schleifringmodul gegen den Anschlag des Wellenteils zu drücken. So kann eine besonders stabile Befestigung des Schleifringmoduls an dem Wellenteil bewirkt werden.

Die Rotorwelle kann in dem Anschlussbereich des Wellenteils einen radial um das Wellenteil verlaufenden Ring mit ein oder mehreren (elektrisch leitenden) Kontaktelementen zum Anschluss der entsprechenden ein oder mehreren Modulleitungen (an die Windungen des Rotors) umfassen. Die ein oder mehreren Kontaktelemente können jeweils als eine elektrisch leitende Gabel ausgebildet sein. So kann eine besonders effiziente, elektrisch leitende, Anbindung der ein oder mehreren Schleifringe an die Windungen des Rotors bewirkt werden. Die ein oder mehreren Schleifringe können wiederum über ein Bürstenmodul der elektrischen Maschine elektrisch leitend mit einer Stromversorgung gekoppelt sein.

Die Rotorwelle kann ein an der (von dem Rotorkörper-Bereich abgewandten) Stirnfläche des Tragelements des Wellenteils befestigtes Sensormodul zur Erfassung der Winkellage der Rotorwelle umfassen. Das Sensormodul kann dabei in besonders effizienter Weise anhand der o.g. Schraube befestigt werden. So kann eine effiziente und präzise Platzierung des Sensormoduls ermöglicht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine beschrieben, der die in diesem Dokument beschriebene Rotorwelle umfasst. Der Rotor kann ferner einen Rotorkörper mit einer Mehrzahl von Schenkelpolen umfassen. Dabei kann der Rotorkörper die Rotorwelle umschließen. Des Weiteren kann der Rotor eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Windungen um die entsprechende Mehrzahl von Schenkelpolen umfassen. Die ein oder mehreren Modulleitungen des Schleifringmoduls der Rotorwelle können elektrisch leitend mit der Mehrzahl von Windungen verbunden sein. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Rotor umfasst.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs umfasst.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur la eine beispielhafte elektrische Maschine mit einem Kühlmantel;

Figur 1b ein beispielhaftes Statorblech (in einer Ansicht, bei der die Rotationsachse der elektrischen Maschine bzw. die Längsachse des Stators horizontal auf der Bildebene steht);

Figur 1c einen aus Statorblechen zusammengesetzten Stator (in einer Ansicht, bei der die Rotationsachse der elektrischen Maschine bzw. die Längsachse des Stators horizontal innerhalb der Bildebene verläuft);

Figur Id eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotorkörpers;

Figur 2a eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Rotorwelle;

Figur 2b eine perspektivische Ansicht des Schleifringmoduls und des Wellenteils der Rotorwelle; Figur 2c eine perspektivische Ansicht des Schleifringmoduls;

Figur 2d eine perspektivische Ansicht des Wellenteils;

Figur 2e eine Seitenansicht des Wellenteils; und

Figuren 3a bis 3e entsprechende Ansichten zu den Figuren 2a bis 2e für eine Rotorwelle mit einem Schleifringmodul, bei dem die Lagerfläche an dem Schleifringmodul angeordnet ist.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer besonders stabilen Rotorwelle für einen stromerregten Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, die in effizienter Weise mit einem Rotorkörper gefügt werden kann. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. la eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 bzw. senkrecht auf die Längsachse des Stators 110 bzw. die Rotationsachse des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 (die entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems verlaufen). Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die radial um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben.

Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorwelle des Rotors 120 verbunden sein kann oder die der Rotorwelle des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.

Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) aufweisen. In entsprechender Weise kann auch der Stator 110 aus einzelnen (gegenseitig isolierten) Statorblechen 150 (z.B. Eisenbleche) zusammengesetzt sein (wie beispielhafte in den Figuren 1b und 1c dargestellt). Ein Statorblech 150 kann dabei die Form eines Rings aufweisen (der auch als Statorjoch bezeichnet wird), der an der der Mitte des Rings zugewandten Innenseite Stege 151 für entsprechende Statorwicklungen 111 des Stators 110 aufweist. Für jede Statorwicklung 111 kann jeweils ein Steg 151 bereitgestellt werden. Zwischen zwei direkt benachbarten Stegen 151 bzw. Statorwicklungen 111 ergibt sich typischerweise eine Statomut 113 als Freiraum.

Wie in Fig. 1c dargestellt, kann eine Vielzahl von Statorblechen 150 (z.B. 50 oder mehr, oder 100 oder mehr Statorbleche 150) entlang der Längsachse des Stators 110 übereinandergelegt werden, um den Stator 110 zu bilden. Um die einzelnen Stege 151 (bzw. um die dadurch gebildeten Polkerne) können dann die Statorwicklungen 111 angeordnet werden. Durch die aufeinander gelegten Statorbleche 150 wird mittig ein Freiraum 160 für den Rotor 120 gebildet (der in diesem Dokument auch als Rotor-Raum bezeichnet wird).

Die elektrische Maschine 100 kann zur Kühlung einen Kühlmantel 130 mit Kühlleitungen 131 umfassen, wobei der Kühlmantel 130 zumindest teilweise oder vollständig um den Stator 110 und/oder um das Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 (bzw. um das Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 und ein oder mehreren weiteren Komponenten des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs) angeordnet werden kann. Durch den Kühlmantel 130, insbesondere über die einzelnen Kühlleitungen 131, kann ein Kühlmittel (z.B. Wasser) geleitet werden, um die thermische Energie, die beim Betrieb der elektrischen Maschine 100 entsteht, insbesondere thermische Energie von den Statorwicklungen 111, abzuführen.

Fig. Id zeigt einen beispielhaften Rotorkörper 122 eines Rotors 120 in einer perspektivischen Ansicht. Der Rotorkörper 122 erstreckt sich entlang der Rotationsachse des Rotors 120 von einer ersten Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche. Dabei weist der Rotorkörper 122 in dem dargestellten Beispiel unterschiedliche magnetische Schenkelpole 124 auf, die um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind. Die Schenkelpole 124 können gleichmäßig um die Rotationsachse herum verteilt angeordnet sein. Um die einzelnen Schenkelpole 124 kann jeweils eine Spule (d.h. Windungen) angeordnet sein, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Die einzelnen Schenkelpole 124 können somit magnetische Pole des Rotors 120 bilden.

Der Rotorkörper 122 weist eine zentrale Öffnung 123, insbesondere eine Bohrung, auf, in die eine Rotorwelle des Rotors 120 eingeführt werden kann. Die Rotorwelle kann an den Stirnflächen des Rotorkörpers 122 über jeweilige Lagerflächen drehbar gelagert werden, um eine Rotation des Rotors 120 zu ermöglichen. Die Stromleitungen zu den Spulen an den Schenkelpolen 124 des Rotorkörpers 122 können über zumindest eines der Lager der Rotorwelle geführt werden. Zu diesem Zweck kann die Rotorwelle mehrteilig mit getrennten Lagersitzen ausgebildet sein. Dies führt typischerweise zu einer reduzierten Stabilität und/oder Belastbarkeit des Rotors 120 und insbesondere der Rotorwelle. In diesem Dokument wird eine besonders stabile und belastbare Rotorwelle für einen ström erregten Rotor 120 beschrieben.

Die in diesem Dokument beschriebene Rotorwelle 200 umfasst, wie beispielhaft in den Figuren 2a bis 2e dargestellt, ein Wellenteil 200, das in die zentrale Öffnung 123 des Rotorkörpers 122 eingebracht werden kann. Die zentrale Öffnung 123 kann kreiszylinderförmig sein. In entsprechender Weise kann der Rotorkörper-Bereich 205 des Wellenteils 200, der innerhalb der zentralen Öffnung 123 des Rotorkörpers 122 angeordnet ist, kreiszylinderförmig sein. Der Rotorkörper 122 und das Wellenteil 200 können über eine Presspassung miteinander verbunden werden.

Das Wellenteil 200 weist an einer ersten Seite, die über die erste Stirnfläche des Rotorkörpers 122 hinausgeht, eine erste Lagerfläche 202 zur Lagerung des Rotors 120 auf. In entsprechender Weise weist das Wellenteil 200 an der gegenüberliegenden zweiten Seite, die über die zweite Stirnfläche des Rotorkörpers 122 hinausgeht, eine zweite Lagerfläche (nicht dargestellt) zur Lagerung des Rotors 120 auf.

Des Weiteren weist das Wellenteil 200, z.B. an der ersten Seite, ein Tragelement 207 auf, auf das ein Schleifringmodul 210 mit ein oder mehreren Schleifringen

211 aufgebracht werden kann. Das Tragelement 207 kann kreiszylinderförmig sein. In dem in den Figuren 2a bis 2e dargestellten Beispiel ist das Tragelement 207 als kreiszylinderförmiger Bolzen und/oder Zapfen ausgebildet, der sich in axialer Richtung, d.h. entlang der Längs- und/oder Rotationsachse des Wellenteils 200, über die erste Lagerfläche 202 hinaus von dem Rotorkörper-Bereich 205 weg erstreckt.

Das Wellenteil 200 kann ferner zwischen der Lagerfläche 202 und dem Tragelement 207 einen Anschlag 208 aufweisen, der ausgebildet ist, das auf dem Tragelement 207 angeordnete Schleifringmodul 210 in axialer Richtung zu positionieren. Der Anschlag 208 kann z.B. als Bereich ausgebildet sein, der einen größeren Durchmesser (radial zu der Rotationsachse) aufweist, als das Tragelement 207.

Des Weiteren weist das Wellenteil 200 zumindest eine Nut 201 auf, die sich von dem Tragelement 207, über den Anschlag 208, über die Lagerfläche 202 bis zu einem Anschlussbereich 209 des Wellenteils 200 erstreckt, wobei der Anschlussbereich 209 zwischen dem Rotorkörper-Bereich 205 und der (ersten) Lagerfläche 202 angeordnet ist. Die Nut 201 ist ausgebildet, eine elektrische Leitung 212 (in diesem Dokument auch als Modulleitung bezeichnet) und ggf. einen Träger 213 für die elektrische Leitung 212 aufzunehmen, sodass die Leitung

212 unterhalb der Lagerfläche 202 (in der Wand des Wellenteils 200) verläuft. Die elektrische Leitung 212 kann dafür verwendet werden, einen Schleifring 211 des Schleifringmoduls 210 elektrisch leitend mit einem Kontaktelement 234 einer Windung des Rotors 102 (an einem Kontaktring 233) zu verbinden. In einem bevorzugten Beispiel weist das Wellenteil 200 genau zwei Nuten 201, insbesondere zwei gegenüberliegend angeordnete Nuten 201, für genau zwei elektrische Leitungen 212 auf.

Das Wellenteil 200 weist bevorzugt einen Hohlraum 206 auf. Das Wellenteil 200 kann insbesondere zumindest in einem Teilbereich als Hohlzylinder ausgebildet sein. So kann das Gewicht der Rotorwelle 250 reduziert werden.

Fig. 2c zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Schleifringmoduls 210, das ausgebildet ist, auf das Tragelement 207 des Wellenteils 200 aufgebracht zu werden, um eine Rotorwelle 250 für einen stromerregten Rotor 120 zu bilden.

Das Schleifringmodul 210 umfasst ein Basiselement 217, das ausgebildet ist, auf dem Tragelement 207 des Wellenteils 200 aufgebracht zu werden. Zu diesem Zweck kann das Basiselement 217 im Wesentlichen kreiszylinderförmig und/oder rotationssymmetrisch sein. Ferner kann das Basiselement 217 einen Hohlraum umschließen, der ausgebildet ist, das Tragelement 207 des Wellenteils 200 aufzunehmen. Das Basiselement 217 kann z.B. als Hohlzylinder ausgebildet sein.

Die Schleifringe 211 des Schleifringmoduls 210 können an dem Basiselement 217, insbesondere umlaufend an der Außenfläche des Basiselements 217, angeordnet sein. Ferner können zwischen den Schleifringen 211 und der dem Anschlag 208 des Wellenteils 200 zugewandten Stirnfläche des Basiselements 217 (umlaufend an der Außenfläche des Basiselements 217) ein oder mehrere Dichtflächen 215, 216 zur Anordnung von ein oder mehreren Dichtelementen 221, 222 angeordnet sein. Die ein oder mehreren Dichtelemente 221, 222 können ausgebildet sein, Öl, welches zur Kühlung des Rotors 120 verwendet wird, von den Schleifringen 211 des Schleifringmoduls 210 abzuschirmen. Das Schleifringmodul 210 umfasst ferner für jeden Schleifring 211 jeweils eine Leitung 212, die sich ausgehend von dem jeweiligen Schleifring 211 durch die Wand des Basiselements 217 bis zu der (dem Anschlag 208 zugewandten) Stirnfläche des Basiselements 217 erstreckt. Ab der Stirnfläche des Basiselements 217 wird die jeweilige Leitung 212 jeweils innerhalb eines dedizierten Trägers 213 in axialer Richtung fortgeführt. Der Träger 213 für eine Leitung 212 weist dabei eine komplementäre Form zu der entsprechenden Nutz 201 in dem Wellenteil 200 auf. Der Träger 213 für eine Leitung 212 ist bevorzugt als elektrischer Isolator ausgebildet. Die Leitung 212 kann dabei vollständig von dem Träger 213 ummantelt sein.

Die Leitung 212 kann an der (dem Anschlag 208 zugewandten) Stirnfläche des Basiselements 217 durch Kontaktelemente 218, z.B. durch eine Steckverbindung, unterbrochen sein. Dadurch wird es ermöglicht, den Träger 213 mit einem Teil der Leitung 212 an die Stirnfläche des Basiselements 217 anzubringen, um die Gesamtleitung 212 von dem jeweiligen Schleifring 211 bis zu einem Anschlusselement 234 für die Rotorwindungen bereitzustellen.

Alternativ oder ergänzend kann an der (dem Anschlag 208 zugewandten) Stirnfläche des Basiselements 217 für jede Nut 201 und/oder für jede Leitung 212 jeweils ein (elastisches) Dichtelement 219 angeordnet sein, das ausgebildet ist, die jeweilige Nut 201 fluiddicht abzudichten.

Das Schleifringmodul 210, insbesondere das Basiselement 217 des Schleifringmoduls 210, und das Wellenteil 200, insbesondere das Tragelement 207 des Wellenteils 200, können derart ausgebildet sein, dass das Schleifringmodul 210 durch einen Presssitz auf dem Wellenteil 200 fixiert wird. Alternativ oder ergänzend kann das Tragelement 207 des Wellenteils 200 zur Fixierung des Schleifringmoduls 210 in axialer Richtung an der von der Lagerfläche 202 abgewandten Stirnfläche eine Gewindebohrung 206 aufweisen, in die eine Schraube 230 eingeschraubt werden kann, die ausgebildet ist, das Basisteil 217 des Schleifringmoduls 210 gegen den Anschlag 208 zu pressen. Ferner kann die Schraube 230 dazu verwendet werden, ein Sensormodul 231 (z.B. zur Bestimmung der Rotorposition) an der Rotorwelle 250 zu fixieren.

Die Schleifringe 211 und die Stromzuführung 212, 213 werden somit als axial steckbares Schleifringmodul 210 ausgebildet. Dabei kann die Stromzuführung 212, 213 in Nuten 201 unterhalb des B-Lagers der Rotorwelle 250 zu dem Schaltring 233 des Rotors 120 geführt werden. Dadurch wird es möglich, ein einteiliges Wellenteil 200 bereitzustellen. Das (einteilige, und typischerweise aus Metall gefertigte) Wellenteil 200 kann dann zur Herstellung des Rotors 120 (z.B. mit flüssigem Stickstoff) gekühlt werden und in das Blechpaket 122 gefügt werden. Anschließend kann das Schleifringmodul 210 auf das Wellenteil 200 montiert werden.

Das beschriebene Schleifringmodul 210 kann einen zentralen Dichtbereich aufweisen, mit einer ununterbrochenen Lauffläche 215, 216 für ein Dichtsystem 221, 222. Ferner kann die Stromzuführung 212, 213 eine elastische Abdichtung 219 aufweisen. Das Schleifringmodul 210 weist getrennte Stromzuführungen 212, 213 (typischerweise genau zwei Stromzuführungen) mit jeweils einer Kunststoffumspritzung 213 für eine Isolations- und Führungsfunktion auf. Die einzelnen Stromzuführungen 212, 213 können in entsprechende Nuten 201 des einteiligen Wellenteils 200 axial eingeführt, insbesondere eingeschoben, werden. Dabei wird das B-Lager der Rotorwelle 250, d.h. insbesondere die Lagerfläche 202 des Wellenteils 200, unterquert. Der Innenring des Lagers (der ggfs. verstärkt ausgebildet ist) sitzt dann auf einem durch die Nuten 201 unterbrochenen Lagersitz 202.

Das Schleifringmodul 210 ist ausgebildet, eine Stromübertragung auf die Schleifringe 211 zu bewirken. Die Schleifringe 211 können über Kunststoff an das Basiselement 217 des Schleifringmoduls 210 angebunden werden (mit einem ausreichend hohen Isolationsabstand zueinander). Das Tragelement 207 des Wellenteils 200 kann für einen verbesserten Rundlauf und zur Kühlung als Zapfen 207 (Wellenstummel) bis an die (erste) Stirnfläche des Schleifringmoduls 210 ausgeführt werden. In diesem Bereich kann mit relativ hoher Positioniergenauigkeit ein Sensor 231 zur Winkelerfassung montiert werden.

In den Figuren 3a bis 3e ist eine alternative Ausgestaltung der Rotorwelle 250 dargestellt. Die Referenzzeichen aus den Figuren 2a bis 2e sind entsprechend auf die Figuren 3a bis 3e anwendbar. Insbesondere sind auch die Anmerkungen zu den Figuren 2a bis 2e auf die Figuren 3a bis 3e anwendbar. Die Rotorwelle 250 in den Figuren 3a bis 3e weist eine Lagerfläche 202 zur Lagerung der Rotorwelle 250 auf, die an dem Schleifringmodul 210 angeordnet ist. Der Teil des Schleifringmoduls 210, an dem die Lagerfläche 202 angeordnet ist, kann dabei aus einem Metall bestehen, um eine möglichst stabile Lagerfläche 202 bereitzustellen. Das Wellenteil 200 der Rotorwelle 250 weist in dem in den Figuren 3a bis 3e dargestellten Beispiel keine Lagerfläche 202 zwischen dem Anschlussbereich 209 und dem Anschlag 208 des Wellenteils 200 auf.

Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann in effizienter Weise eine besonders stabile und/oder robuste Rotorwelle 250 für den Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 bereitgestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme veranschaulichen sollen.