CN105703548B - 具有电势平衡装置的电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有电势平衡装置的电机，该电机还具有定子(6)和可旋转地支承在驱动侧的球轴承(9)中的转子(7)，电势平衡装置用于消除在转子轴(8)处出现的轴电压并且具有滑动接触元件(28)，转子轴(8)通过滑动接触元件(28)导电地与电机(1)的地电势相连接，其中，滑动接触元件(28)安装在处于地电势的、容纳驱动侧的球轴承(9)的轴承盖(11)处，并且滑动接触元件(28)利用滑动接触面(31)贴靠到在驱动侧与转子轴(8)导电地相连接的接触体(34)的滑动面(30)处。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机，其具有定子和能旋转地支承在驱动侧的球轴承中的转子以及用于消除在所述转子轴处出现的轴电压的电势平衡装置，该电势平衡装置具有滑动接触元件，所述转子轴通过该滑动接触元件导电地与所述电机的地电势相连接。
背景技术
在不同的应用领域中，电机用作驱动部以及发电机。不仅如此，电机在机动车中应用在所谓的再生系统中，其中，电机不仅承担驱动功能，而且承担能量回收功能。
具有定子和可被外部激励或自激励的转子的电机分别可配备有固定地与转子相连接的转角传感器，其任务是将转子的角位置传递给电机的控制部。
已知的是，在电机运行中，在转子轴上可形成轴电压(Wellenspannung)，其表示相对于电机接地部(Maschinenmasse)的电压差并且可具有不同的原因。为此的一个原因例如可为借助于脉宽调制信号时钟操控定子绕组或转子绕组。在这种原因下，车载电路的供给电压并且由此电机的运行电压越高，则出现越高的轴电压。
但另一可能的原因是，静电荷导致高的轴电压。例如，作为发电机运行的电机可通过皮带驱动，从而可通过皮带出现转子的电荷。
如果出现的轴电压脉冲式地通过轴承、优选地通过驱动侧的球轴承放电，则其结果是电流脉冲式地流过轴承。在此，在支承面的区域中可出现火花腐蚀，这可导致轴承的损坏。这种类型的通过转子的轴承的自动放电特别是在轴承润滑脂的绝缘作用失效时以脉冲式的电流流动的形式出现，由此，轴承的持续负载损坏该轴承并且显著降低了轴承的使用寿命。
此外，位于转子轴上的载流子的脉冲式的放电导致产生电磁波，其不利地影响产品的电磁相容性。特别是，这可妨碍位于附近的电气设备的无干扰性能。
从文献DE 35 11 755 A1中已知一种用于导出电机的轴电压的组件，在其中，通过滑动接触元件从转子轴导出载流子。为此，设置有在转子轴和电机接地部之间作用的电容，其可与电感串联。用于导出轴电压的组件也可被称为电势平衡装置，因为利用该电势平衡装置在地和转子轴之间实现电势平衡。
从文献DE 101 18 004 A1中已知一种交流发电机，其具有用于抑制被储存在其转子处的静电的器件，在其中，转子的励磁绕组可通过欧姆电阻与转子的轴相连接。
发明内容
根据本发明的电机具有定子和能旋转地支承在驱动侧的球轴承中的转子以及用于消除在所述转子轴处出现的轴电压的电势平衡装置，该电势平衡装置具有滑动接触元件，所述转子轴通过该滑动接触元件导电地与所述电机的地电势相连接，所述滑动接触元件安装在处于地电势的、容纳驱动侧的所述球轴承的轴承盖处，并且所述滑动接触元件利用滑动接触面贴靠到在驱动侧与所述转子轴导电地相连接的接触体的滑动面处。根据本发明的电机具有的优点是，滑动接触元件直接布置在处于地电势的、容纳转子轴的驱动侧的轴承的轴承盖处并且直接利用滑动接触面贴靠在在驱动侧与转子轴导电地相连接的接触体处。由此实现，在驱动侧的轴承的轴承外圈和轴承内圈之间在非常短的电气路径上建立电势平衡。由此确保，在驱动侧的轴承的区域中没有通过球体或球轴承润滑脂进行自动放电。电势平衡装置主要由滑动接触元件、轴承盖和接触体组成，其中，优选地总归固定在转子轴处的构件用作接触体。由于总归还存在用于容纳轴承的轴承盖，所以电势平衡装置仅仅需要安装附加的滑动接触元件，这呈现出相对小的材料和装配成本。
作为接触体，优选地使用电机的在驱动侧固定在转子轴处的皮带盘或者以邻接到驱动侧的轴承处的方式布置的挡环(Schleuderscheibe)。不仅皮带盘而且保护轴承不受污染的挡环具有合适的滑动面，滑动接触元件可利用其滑动接触面贴靠在该滑动面处。但是，滑动接触元件也可利用其滑动接触面贴靠在具有合适的滑动面的其他的转子构件(例如，轴承的内圈、转子的爪状电极、转子轴的转子)处或者直接贴靠在转子轴处。在此，滑动接触元件可平行于转子轴线取向，或者也可在相对于转子轴线的径向方向上取向。根据滑动面(滑动接触元件应贴靠在该滑动面处)的位置，也可设置滑动接触元件的相对于转子轴倾斜的取向。在此，原则上也可行的是，滑动接触元件不直接安装在驱动侧的轴承的轴承盖处，而是安装在与电机的地电势相连接的、可与轴承盖相连接的支架处。
接触体可由铜合金制成，从而不需要附加的措施，以实现适合用于滑动接触元件的滑动面，滑动接触元件可利用其滑动接触贴靠在该滑动面处，并且在此建立在电机的地电势和转子轴之间的良好的电气连接。
但是，接触体不必一定由适合用于形成滑动接触的铜合金制成，而是也存在这样的可能性，即，安装在接触体处的滑环形成用于滑动接触元件的滑动面。该滑环可由对于滑动接触元件合适的材料成分组成。由此得到这样可能性，即，为了在电机接地部和转子轴之间的电势平衡，也可使用不具有对于滑动接触最优的滑动面的接触体。安装在接触体处的滑环可成本适宜地由铜合金制成，其由此具有良好的滑动性能并且也具有良好的电气接触性能。
滑动接触元件可非常紧凑地实施成插入金属套管中的电刷，其中，电刷借助于压力弹簧压靠接触体的滑动面。如此实施的滑动接触元件可特别简单地借助于压配合插入在轴承盖处的相应的孔中，由此确保在电刷和轴承盖之间的电气连接。在这种情况下不需要在电刷和轴承盖之间的附加的接触措施。
根据本发明的优选的改进方案，电刷可通过传导绞合线导电地与套管相连接。由此，一方面建立在电刷和套管之间的最优的电气连接，并且此外保证，在装配之前和装配期间电刷不会无意地从套管中滑落，因为传导绞合线限制电刷在套管之内的纵向移动性。
滑动接触元件也可构造成接触弹簧，其借助于固定螺栓固定在驱动侧的轴承的轴承盖处。这种类型的接触弹簧可特别成本适宜地制造，并且也可简单地装配，因此该实施方案对于一定的应用可以是有意义的。然而，在具有对滑动性能和电气性能的更高要求的接触连接中，滑动接触元件作为电刷的实施方案是优选的。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例详细阐述本发明。其中：
图1示出了电机的整体视图，
图2示出了图1的电机的纵截面，
图3示出了图2的在驱动侧的轴承的区域中的放大的局部，其中，具有安装在轴承盖处的滑动接触元件，
图4示出了如在图3中那样的放大的局部，然而具有位于套管之内的滑动接触元件，
图5和图6示出了图4的滑动接触元件的透视图，
图7示出了在驱动侧的轴承的区域中的放大的局部，其中，具有相对于转子轴沿径向取向的滑动接触元件，
图8示出了如在图7中那样的实施方案，然而具有形成用于滑动接触元件的接触面的滑环，
图9示出了在驱动侧的轴承的区域中的滑动接触元件的另一实施方案，以及
图10示出了如在图9中那样的实施方案，然而，具有安装在转子轴的皮带盘处的滑环。
具体实施方式
图1示出了电机1的视图，电机的电机部件2包括定子和位于定子中的转子。皮带盘3在驱动侧装配在转子的转子轴上，通过皮带盘借助于在此未示出的驱动皮带可进行扭矩传递。在电机1的与皮带盘3相对而置的侧部处，在壳体部件4中存在用于控制目的的电气装置。此外，在图1中可看出电刷架5的位置。
在图2的纵截面中可更详细地看出电机1的结构。电机部件2主要包括定子6和转子7，转子的转子轴8借助于驱动侧的球轴承9和相对地布置的球轴承10可旋转地支承。球轴承9形成用于转子轴8的驱动侧的轴承。为电机壳体的部件的轴承盖11、12用作用于球轴承9、10的容纳部。
在所示出的实施例中，转子7具有爪状电极13。转子绕组14通过电刷架5通电以产生电磁场。在电刷架5的壳体15中布置有以克服弹簧应力的方式可移动地支承的电刷16、17。电刷16、17在与转子绕组14电气连接的铜滑环18、19上滑动。转角传感器20用于在运行期间确定转子7的角位置。
转角传感器20与转子轴8固定地相连接并且具有作为传感器(Geber)的永磁体，永磁体的磁场被位于壳体部件4中的电气装置探测并且被评估以用于转子7的位置确定。根据电机1的期望的运行方式且取决于转子7的线圈位置给嵌入定子6的薄片组22中的定子绕组21通电。在马达运行中，将电功率转换成机械功率，例如以用于提供扭矩以加速车辆，而在发电机运行中，将机械功率转换成电功率，以例如为车辆的车载电路供电。在此，通过固定地与转子轴8相连接的皮带盘3进行机械功率的传递。
在图2中利用点划线标记出在图3中放大地示出的局部23。
图3以放大的图示出了转子轴8的驱动侧的端部，该端部借助于球轴承9支承。在转子轴8的端部处装配有皮带盘3。在球轴承9和皮带盘3之间存在挡环24，其保护球轴承9不受污物和湿气影响。
在轴承盖11中设置有孔25，其平行于转子轴8的轴线26取向。在此实施成电刷27的滑动接触元件28可纵向移动地位于孔25中。电刷27可由铜合金或其他合适的具有良好的滑动性能的导电材料组成。借助于压力弹簧29使电刷27压靠皮带盘3的端侧。由此，皮带盘3的面对电刷27的端面为电刷27形成滑动面30，电刷27利用其滑动接触面31贴靠在该滑动面处。
皮带盘3可由铜合金组成，其相对于电刷27的滑动接触面31具有良好的滑动性能。此时，在这种情况下，滑动面30可为皮带盘3的端面32的一部分。但是，滑动面30也可由施加在端面32上的覆层33形成，该覆层作为薄膜或覆层被施加在皮带盘3的基体上。
皮带盘3直接地或者通过施加覆层或安装接触环形成接触体34，通过接触体建立在转子轴8和处于地电势的轴承盖11之间的电气连接。轴承盖11通过贴靠在接触体34处的滑动接触元件28处于导电的连接中。由此，在转子轴8处出现的轴电压可通过由接触体34和滑动接触元件28组成的电势平衡装置消除。由此，通过以下方式在转子轴8和轴承盖11之间实现电势平衡，即，在转子轴8处建立的轴电压通过用作接触体34的皮带盘3和处于地电势的滑动接触元件28消除。由此避免出现通过球体35的轴电压的自发放电，其可以已知的方式导致在球轴承9的支承面处的损坏。
图4同样显示了电机1的在驱动侧的区域中的放大的局部，其在图2中以点划线标记出来。然而，在图3的实施方案变体中，通常被称为滑动接触元件28的电刷27与压力弹簧29一起位于套管36中。此外，电刷27借助于可实施成铜绞合线的传导绞合线37与套管36相连接，从而一方面保证了在电刷27和套管36之间的可靠的电气连接，并且另一方面电刷27在装配之前或装配期间不可从套管36中掉出。由此，传导绞合线37用作电气连接并且用作用于电刷27的固定元件。在图4的实施方案变体中，电刷27也贴靠在与转子轴8相连接的皮带盘3的端侧处，以在此确保在转子轴8和轴承盖11之间的电势平衡。
在图5和图6中示出了插入在根据图4的轴承盖11的孔25中的套管36的透视图。优选地，套管36由耐腐蚀的金属制成并且压入到轴承盖11的孔25中，从而在套管36和轴承盖11之间存在电气连接。位于套管36中的电刷27通过在套管36背侧引导出来的传导绞合线37与套管36相连接。在图5中可看出电刷27的圆形的滑动接触面31。
现在，图7同样相应于在图2中示出的局部23显示了另一实施例，在其中，构造成电刷27的滑动接触元件28相对于转子轴8的纵轴线26沿径向取向。电刷27位于套管36中并且借助于压力弹簧29压靠滑动面30。滑动面30位于用作接触体34的挡环24的周面处，挡环24不可相对旋转地与转子轴8相连接。套管36插入孔25中，从而保证了在转子轴8和处于地电势的轴承盖11之间的导电连接。
在图8中示出的实施方案变体中，在挡环24的周面处安装有滑环38，其形成用于电刷27的滑动面30。滑环38可由铜合金制成，铜合金具有良好的电气性能并且相对于电刷27的滑动接触面31具有良好的滑动性能。
现在，图9同样在驱动侧的局部23中示出了呈接触弹簧39的形式的滑动接触元件28的布置方案，接触弹簧39借助于固定螺钉40与轴承盖11拧在一起并且由此也与其导电地相连接。在此，皮带盘3也用作用于贴靠在皮带盘3的端侧处的接触弹簧39的接触体34。
在图10中，与图9不同地如此构造皮带盘3，即，在形成用于接触弹簧39的接触面的端侧处安装有滑环41，其导电地与皮带盘3的金属基体相连接。由此，接触弹簧39贴靠在滑环41处，从而通过接触连接建立在转子轴8和处于地电势的轴承盖11之间的电势平衡。
Claims (8)
1.一种电机，其具有定子(6)和能旋转地支承在驱动侧的球轴承(9)中的转子(7)以及用于消除在所述转子轴(8)处出现的轴电压的电势平衡装置，该电势平衡装置具有滑动接触元件(28)，所述转子轴(8)通过该滑动接触元件导电地与所述电机(1)的地电势相连接，其特征在于，所述滑动接触元件(28)安装在处于地电势的、容纳驱动侧的所述球轴承(9)的轴承盖(11)处，并且所述滑动接触元件(28)利用滑动接触面(31)贴靠到在驱动侧与所述转子轴(8)导电地相连接的接触体(34)的滑动面(30)处，所述滑动接触元件(28)是电刷(27)，该电刷能纵向移动地位于在所述轴承盖(11)处的孔(25)中，并且压力弹簧(29)使该电刷压靠在所述接触体(34)处的滑动面(30)。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，驱动侧的所述接触体(34)是固定在所述转子轴(8)处的皮带盘(3)。
3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，驱动侧的所述接触体(34)是以邻接到驱动侧的所述球轴承(9)处的方式布置的挡环(24)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述接触体(34)由铜合金制成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述滑动面(30)是具有相对于所述滑动接触元件(28)的滑动接触面(31)低的摩擦系数的、施加在所述接触体(34)处的导电的覆层(33)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，安装在所述接触体(34)处的滑环(38、41)形成所述滑动面(30)。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述滑环(38、41)由铜合金制成。
8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电刷(27)能纵向移动地位于插入到所述孔(25)中的套管(36)中并且通过传导绞合线(37)导电地与所述套管(36)相连接。
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