DE102008007076B4

DE102008007076B4 - Electric machine, in particular three-phase machine with slip ring rotor

Info

Publication number: DE102008007076B4
Application number: DE102008007076.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Paetzold; Uwe Wieselow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2028-02-01
Also published as: DE102008007076A1; WO2009095119A3; WO2009095119A2

Abstract

Elektrische Maschine, insbesondere Drehstrommaschine (10), mit einem Schleifringläufer (15), dessen Schleifringe (20) an einem hinteren Ende einer Läuferwelle (16) angeordnet sind und mit in einem Bürstenhalter (21) geführten Kohlebürsten zusammenwirken, wobei der Bürstenhalter (21), vorzugsweise mit einem Regler (29) und einer Gleichrichtereinheit (28), auf der Außenseite eines hinteren Lagerschildes (11) befestigt und von einer Schutzkappe (31) abgedeckt ist, welche radial innen liegende Lufteintrittsöffnungen (32) aufweist, durch die Kühlluft von einem hinter dem mit Einlassfenstern (11c) versehenen Lagerschild (11) auf der Läuferwelle befestigten Lüfter (19) angesaugt wird und wobei die Schleifringe (20) von einer am Bürstenhalter (21) aufgesetzten Schleifringkapsel (40) eingefasst sind und von einem Teil der eingesaugten Kühlluft belüftet werden, wobei die Schleifringkapsel (40) an der elektrischen Maschine (10) so befestigt ist, dass eine vordere, am Ende der Läuferwelle (16) befindliche Kapselöffnung (41) zum Lufteintritt mit geringem Abstand (50) hinter der Schutzkappe (31) liegt und dass eine Außenwandung (43) der Schleifringkapsel (40) glatt ausgebildet ist, so dass zur Erzeugung eines Luftdruckgefälles in der Schleifringkapsel (40) die einströmende Kühlluft ohne Verwirbelung entlang der Außenwandung (43) zu den Einlassfenstern (11c) des Lagerschildes (11) zu strömen vermag, wobei die Schleifringkapsel (40) in ihrem dem Lagerschild (11) zugewandten Bereich (43b) konisch erweitert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem hinteren Rand (43c) der Schleifringkapsel (40) und dem Lagerschild (11) ein Abstand ist, der einen Ringspalt (47) bildet.Electric machine, in particular three-phase machine (10), having a slip-ring rotor (15) whose slip rings (20) are arranged at a rear end of a rotor shaft (16) and interact with carbon brushes guided in a brush holder (21), the brush holder (21) , preferably with a controller (29) and a rectifier unit (28), on the outside of a rear end shield (11) and covered by a protective cap (31) having radially inner air inlet openings (32), by the cooling air from a behind the inlet plate (11c) provided with the bearing plate (11) mounted on the rotor shaft fan (19) is sucked in and wherein the slip rings (20) by a brush holder (21) attached slip ring capsule (40) are bordered by a part of the sucked cooling air be ventilated, wherein the slip ring capsule (40) is fixed to the electric machine (10) so that a front, at the end of the runs R3 (16) located capsule opening (41) for air inlet at a small distance (50) behind the protective cap (31) and that an outer wall (43) of the slip ring capsule (40) is smooth, so that for generating an air pressure gradient in the slip ring capsule ( 40) the inflowing cooling air is able to flow without turbulence along the outer wall (43) to the inlet windows (11c) of the bearing plate (11), the slip ring capsule (40) being conically widened in its region (43b) facing the end plate (11), characterized in that between a rear edge (43c) of the slip ring capsule (40) and the bearing plate (11) is a distance which forms an annular gap (47).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine Drehstrommaschine mit einem Schleifringläufer, dessen Schleifringe am hinteren Ende der Läuferwelle angeordnet sind, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The invention relates to an electrical machine, in particular a three-phase machine with a slip ring rotor whose slip rings are arranged at the rear end of the rotor shaft, according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Eine elektrische Maschine ist bereits aus der Druckschrift DE 199 50 126 A1 bekannt. Dort werden die Schleifringe am hinteren Läuferwellenende von einer nachrüstbaren Schleifringkapsel umgeben, die bei ihrer Montage auf den Bürstenhalter der Maschine aufgeklipst wird und stirnseitig verschlossen ist. Zur Beseitigung des Bürstenabriebes und der dort entstehenden Wärme im Betrieb der Maschine wird dort über ein Labyrinth zwischen Bürstenhalter und Schutzkappe ein dosierter Luftstrom vom Ende der Läuferwelle her axial durch die Schleifringkapsel hindurch geleitet, wobei diese Luft sodann im Bereich des hinteren Maschinenlagers aus der Schutzkappe austritt, um sie gemeinsam mit der von einem Lüfter angesaugten Kühlluft zur Statorwicklung der Maschine zu befördern. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass der sehr kleine Kühlluftstrom in der Schleifringkapsel des Schleifringsystems bereits im Labyrinthsystem durch die Temperatur des Bürstenhalters erwärmt wird und daher relativ trocken ist. Dies führt bei hohen Belastungen der Maschine, wie sie bei Drehstromgeneratoren in Kraftfahrzeugen häufig auftreten, zur Verringerung des Schmierfilmes zwischen den Schleifringen und ihren Kohlebürsten (Rothmannhaut). Damit steigt bei zunehmenden Temperaturen der Bürstenverschleiß. Nachteilig ist ferner, dass im Bereich des Bürstenhalters und der Schleifringkapsel die dort einströmende Kühlluft verwirbelt wird, bevor sie durch Lufteinlassfenster des hinteren Lagerschildes zum Lüfter gelangt, wodurch der Kühlluftdurchsatz der Maschine beeinträchtigt wird.An electric machine is already out of the publication DE 199 50 126 A1 known. There, the slip rings are surrounded at the rear rotor shaft end of a retrofittable slip ring capsule, which is clipped in its mounting on the brush holder of the machine and is closed at the front. To eliminate the brush abrasion and the resulting heat during operation of the machine there is passed through a labyrinth between brush holder and cap a metered air flow from the end of the rotor shaft forth axially through the slip ring capsule, said air then exits the protective cap in the region of the rear machine bearing to carry them together with the sucked by a fan cooling air to the stator winding of the machine. However, this solution has the disadvantage that the very small flow of cooling air in the slip ring capsule of the slip ring system is already heated in the labyrinth system by the temperature of the brush holder and therefore is relatively dry. This results in high loads on the machine, as often occur in three-phase generators in motor vehicles, to reduce the lubricating film between the slip rings and their carbon brushes (Rothmann skin). As a result, brush wear increases with increasing temperatures. A further disadvantage is that in the area of the brush holder and the slip ring capsule, the cooling air flowing in is swirled before it reaches the fan through the air inlet window of the rear bearing plate, whereby the cooling air flow rate of the machine is impaired.

Diese Nachteile ergeben sich mehr oder weniger auch bei einer weiteren, aus der Druckschrift US 6 664 699 B2 bekannten Ausführungsform einer Schleifringkapselung, bei welcher das Zentrum einer Schutzkappe zusammen mit dem Bürstenhalter ein Labyrinth für die Zuführung eines sehr kleinen Luftstromes zum Schleifringraum bildet. Die auf den Bürstenhalter zu klipsende Schleifringkapsel für die Schleifringe ist dadurch zwar einfacher gestaltet, dennoch wird die dort durchströmende Luft zunächst im Labyrinth in nachteiliger Weise aufgewärmt. Die US 5 296 772 A offenbart eine Drehstrommaschine, bei der die Schleifringe von einem Teil der eingesaugten Kühlluft gekühlt werden. Der Hauptteil der angesaugten Kühlluft strömt durch die Öffnungen des Lagerschilds und wird zur Kühlung der Ständerwicklungen verwendet. Aus der nächstliegenden Druckschrift JP H01-099 451 A ist eine elektrische Maschine bekannt, deren Schleifringe von einer am Bürstenhalter aufgesetzten Schleifringkapsel eingefasst sind und von einem Teil der eingesaugten Kühlluft belüftet werden. Die Schleifringkapsel ist so an der elektrischen Maschine befestigt, dass eine vordere, am Ende der Läuferwelle befindliche Kapselöffnung zum Lufteintritt mit geringem Abstand hinter der Schutzkappe liegt. Die Außenwandung der Schleifringkapsel ist glatt ausgebildet, so dass zur Erzeugung eines Luftdruckgefälles in der Schleifringkapsel die einströmende Kühlluft ohne Verwirbelung entlang der Außenwandung zu den Einlassfenstern des Lagerschildes zu strömen vermag. Die Schleifringkapsel erweitert zum Lagerschild hin konisch.These disadvantages arise more or less in another, from the document US Pat. No. 6,664,699 B2 known embodiment of a slip ring encapsulation, wherein the center of a protective cap together with the brush holder forms a labyrinth for the supply of a very small air flow to the slip ring space. Although this makes the slip ring capsule for the slip rings to be clipped onto the brush holder simpler, the air flowing through it is first heated up disadvantageously in the labyrinth. The US 5 296 772 A discloses a three-phase machine in which the slip rings are cooled by a part of the sucked cooling air. The main part of the sucked cooling air flows through the openings of the bearing plate and is used for cooling the stator windings. From the nearest publication JP H01-099 451 A An electric machine is known, the slip rings are bordered by a brush holder attached to the slip ring capsule and are ventilated by a part of the sucked cooling air. The slip ring capsule is attached to the electric machine so that a front, located at the end of the rotor shaft capsule opening for air inlet is located a short distance behind the protective cap. The outer wall of the slip ring capsule is smooth, so that the inflowing cooling air is able to flow without turbulence along the outer wall to the inlet windows of the end shield to produce an air pressure gradient in the slip ring capsule. The slip ring capsule widens conically towards the bearing plate.

Da in Abhängigkeit vom Einsatz und vom Einbauort der elektrischen Maschine gegebenenfalls auf eine Kapselung der Schleifringe verzichtet werden kann, ist es aus Kostengründen sinnvoll, wenn der hintere Lagebereich der Maschine mit dem Bürstenhalter, den Schleifringen und der Schutzkappe für eine Gleichrichter-Baueinheit, derart konfiguriert ist, dass im Bedarfsfall eine Schleifringkapsel für die Schleifringe nachrüstbar ist.Since it may be possible to dispense with an encapsulation of the slip rings, depending on the application and the installation location of the electrical machine, it makes sense for reasons of cost if the rear position range of the machine with the brush holder, the slip rings and the protective cap for a rectifier unit configured in such a way is that, if necessary, a slip ring capsule for the slip rings can be retrofitted.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache konstruktive Lösung für eine elektrische Maschine zu finden, bei der die nachrüstbare Kapselung der Schleifringe so gestaltet ist, dass sie den Hauptkühlluftstrom nicht behindert und dass ein dosierter sehr kleiner Kühlluftstrom direkt und ohne Vorwärmung zur Schleifringkapsel der Schleifringe gelangen kann.The object of the invention is to find a simple constructive solution for an electrical machine in which the retrofit encapsulation of slip rings is designed so that it does not obstruct the main cooling air flow and that a metered very small flow of cooling air pass directly and without preheating the slip ring capsule slip rings can.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmales des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by an electric machine with the features of claim 1.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.The measures listed in the dependent claims, advantageous refinements and developments of the features specified in claim 1.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die elektrische Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass durch die Gestaltung und Anbringung der Schleifringkapsel am hinteren Lagerschild der Maschine eine Verwirbelung der Kühlluft an den Lufteinlassfenstern des Lagerschildes vermieden wird, so dass sich dort ein Unterdruckgebiet ausbildet, durch das ohne Eingriff in die bestehende Konfiguration des hinteren Lagerschildes durch eine Saugwirkung vor der Lagerstelle das Schleifringsystem ausreichend belüftet und befeuchtet wird. Durch die vordere Kapselöffnung kann die Kühlluft nunmehr ohne Vorwärmung direkt zu den Schleifringen gelangen und so eine ausreichende Befeuchtung der Bürstenlauffläche gewährleisten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Schleifringkapsel durch ihre einfache Gestaltung kostengünstig herstellbar und montierbar ist. Da die elektrische Maschine ohne die nachrüstbare Schleifringkapsel die angesaugte Kühlluft im Bereich der Lufteinlassfenster des Lagerschildes mehr oder weniger stark verwirbelt, lässt sich mit Hilfe der Schleifringkapsel auch noch die Kühlluftführung verbessern und so die Kühlluftmenge vergrößern.The electrical machine with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the turbulence of the cooling air on the air inlet windows of the bearing plate is avoided by the design and installation of the slip ring capsule on the rear bearing plate of the machine, so that there forms a negative pressure area by the without Intervention in the existing configuration of the rear bearing plate by a suction action in front of the bearing point, the slip ring system is sufficiently ventilated and moistened. Through the front capsule opening, the cooling air can now go without preheating directly to the slip rings and thus ensure adequate humidification of the brush surface. Another advantage is that the slip ring capsule by their simple Design is inexpensive to produce and assemble. Since the electric machine without the retrofittable slip ring capsule swirls the sucked cooling air in the area of the air inlet window of the end shield more or less strongly, the cooling air flow can also be improved with the aid of the slip ring capsule and thus increase the amount of cooling air.

So lässt sich die Kühlluftströmung an der Außenwand der Schleifringkapsel dadurch optimieren, dass die Außenwandung der Schleifringkapsel im Bereich der äußeren Schutzkappe axial zylindrisch ausgebildet ist und in ihrem dem Lagerschild zugewandten Bereich sich konkav konisch erweitert. Zur Ausbildung einer strömungsgünstigen Luftführung am Luftaustritt der Schleifringkapsel wird vorgeschlagen, dass der Lagerschild an der Außenseite seiner Lagerbohrung eine ringförmige Schulter aufweist, an der die Schleifringkapsel stirnseitig anliegt und die mit mehreren über den Umfang verteilten, mit dem Innenraum der Schleifringkapsel verbundenen Durchbrüchen versehen ist. Dabei ist es für die Luftführung besonders günstig, wenn die Durchbrüche der Schulter über einen axialen Luftspalt zum hinteren Lager der Läuferwelle mit dem Innenraum der Schleifringkapsel verbunden sind. Des Weiteren ist vorteilhaft, wenn die Durchbrüche an der Außenseite der Schulter zumindest teilweise radial nach außen über den Rand der Schleifringkapsel hinaus reichen. Zur Verbesserung des Luftaustritts im Lagerbereich ist es ferner vorteilhaft, wenn der konisch erweitere Bereich der Schleifringkapsel zur Schulter des Lagerschildes einen axialen Abstand hat. Zur Erzielung eines solchen, ausreichend großen axialen Abstandes ist vorgesehen, dass die Schleifringkapsel an ihrem lagerschildseitigen Ende mit einem am Innenumfang axial vorstehenden Kragen auf der Außenseite der ringförmigen Schulter des Lagerschildes zentriert und aufgesetzt ist.Thus, the cooling air flow on the outer wall of the slip ring capsule can be optimized in that the outer wall of the slip ring capsule is axially cylindrical in the region of the outer protective cap and widens concavely conically in its region facing the end plate. To form a streamlined air duct at the air outlet of the slip ring capsule is proposed that the bearing plate on the outside of its bearing bore has an annular shoulder on which the slip ring capsule abuts the front and which is provided with a plurality of circumferentially distributed, connected to the interior of the slip ring caps breakthroughs. It is particularly favorable for the air duct when the openings of the shoulder are connected via an axial air gap to the rear bearing of the rotor shaft with the interior of the slip ring capsule. Furthermore, it is advantageous if the openings on the outer side of the shoulder extend at least partially radially outwards beyond the edge of the slip ring capsule. To improve the air outlet in the storage area, it is also advantageous if the conically enlarged area of the slip ring capsule has an axial distance to the shoulder of the bearing plate. To achieve such a sufficiently large axial distance, it is provided that the slip ring capsule is centered and mounted on its bearing plate end with a collar projecting axially on the inner circumference on the outside of the annular shoulder of the bearing plate.

Für eine gute Kühlluftführung ist es ferner zweckmäßig, wenn die Schleifringkapsel mit dem hinteren Rand ihrer Außenwandung bis dicht unterhalb der Einlassfenster des Lagerschildes reicht. Für eine einfache und zuverlässige Montage hat die Schleifringkapsel eine vorn offene axiale Aussparung zur Aufnahme des Bürstenhalters, wobei die Aussparung an ihrem hinteren Ende mit einem Anschlag für den Bürstenhalter versehen ist, der am Umfang des am hinteren Ende der Schleifringkapsel axial vorstehenden Kragen angeformt ist.For a good cooling air flow, it is also expedient if the slip ring capsule reaches with the rear edge of its outer wall to just below the inlet window of the bearing plate. For a simple and reliable assembly, the slip ring capsule has a front open axial recess for receiving the brush holder, wherein the recess is provided at its rear end with a stop for the brush holder, which is integrally formed on the circumference of the rear end of the slip ring capsule projecting collar.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to FIGS. Show it:

1 den hinteren Teil der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine bis zur Mittelachse im Längsschnitt ohne Schleifringkapselung, 1 the rear part of the electric machine according to the invention to the central axis in longitudinal section without slip ring encapsulation,

2 eine nachrüstbare Schleifringkapsel für die Maschine nach 1 in raumbildlicher Darstellung, 2 a retrofittable slip ring capsule for the machine 1 in spatial representation,

3 die vormontierte Einheit aus Bürstenhalter und Schleifringkapsel aus 2 im Ausbruch und raumbildlicher Darstellung, 3 the preassembled unit of brush holder and slip ring capsule 2 in the eruption and spatial representation,

4 zeigt die elektrische Maschine nach 1 mit nachgerüsteter Schleifringkapsel im Längsschnitt, 4 shows the electric machine 1 with retrofitted slip ring capsule in longitudinal section,

5 zeigt einen Ausbruch des Lagerschildes im Lagerbereich in raumbildlicher Darstellung und 5 shows an outbreak of the bearing plate in the storage area in a three-dimensional view and

6 zeigt in vergrößerter Darstellung den Lagerbereich der Maschine im Längsschnitt mit dem Verlauf der Luftströmung an der Außen- und Innenseite der Schleifringkapsel. 6 shows an enlarged view of the bearing area of the machine in longitudinal section with the course of the air flow on the outside and inside of the slip ring capsule.

Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt in vereinfachter Form den hinteren Teil einer elektrischen Maschine 10 im Längsschnitt bis zur Mittelachse. Die Maschine 10 ist als Wechselstrom-Synchrongenerator mit einem Klauenpolläufer und geregelter elektrischer Erregung des Läufers zum Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgebildet. Sie hat ein mehrteiliges Metallgehäuse, bestehend aus je einem Lagerschild an beiden Stirnseiten, von denen lediglich das hintere Lagerschild 11 dargestellt ist. Die Lagerschilde sind topfförmig ausgebildet mit stirn- und umfangseitgen Lufteinlass- und auslassfenstern 11c und 11d. Zwischen den beiden Lagerschilden 11 ist ein Ständer befestigt, der aus einem Blechpaket 13 besteht, das in bekannter Weise aus einer Vielzahl von Blechlamellen 12 hergestellt ist. In dem Blechpaket 13 ist eine dreiphasige Ständerwicklung 14 eingesetzt, welche in axial zueinander parallel verlaufende, radial nach innen offene Nuten des Blechpaketes 13 untergebracht ist. Innerhalb des zylindrischen Blechpaketes 13 ist ein Klauenpolläufer 15 angeordnet und mit seiner Läuferwelle 16 in den Lagerschilden 11 drehbar gelagert. Der Klauenpolläufer 15 besteht aus zwei auf der Läuferwelle 16 befestigten Klauenpolhälften 15a und 15b, zwischen denen ein Polkern 17 eingespannt ist, der eine ringförmige Erregerwicklung 18 trägt. Jede der beiden topfförmigen Klauenpolhälften 15a und 15b ist aus massivem Eisen hergestellt und weist entlang des Umfangs eine Vielzahl von sich in Achsrichtung erstreckenden Klauen 15c auf, die in Umfangsrichtung mit gleichmäßiger Winkelteilung voneinander beabstandet ineinander greifen. Die Klauen 15c überdecken dabei wechselseitig die Erregerwicklung 18 und bilden am Läuferumfang abwechselnde Süd- und Nordpole aus. An den außen liegenden Stirnseiten der beiden Klauenpolhälften 15a und 15b ist jeweils ein Lüfter 19 befestigt, der im Betrieb der Maschine die erforderliche Kühlluft über die Einlassfenster 11c des Lagerschildes 11 ansaugt. Der angesaugte Kühlluftstrom wird dabei vom Lüfter 19 radial nach außen zur Ständerwicklung 14 transportiert, deren stirnseitig am Blechpaket 13 ausgebildeten ringförmigen Wickelköpfe unmittelbar im radialen Kühlluftstrom liegen. Die erwärmte Kühlluft tritt danach durch die Auslassfenster 11d des Lagerschildes 11 wieder aus. Am hinteren freien Wellenende 16a ist zur Stromversorgung der Erregerwicklung 18 ein Schleifringpaar 20 angeordnet, das mit zwei in einem Bürstenhalter 21 geführten Kohlebürsten zusammen wirkt. Die Schleifringe 20 sind teilweise in einen zylindrischen Isolierkörper 22 eingebettet, der auf das Wellenende 16a der Maschine 10 aufgesetzt ist, wobei die Anschlussleiter der Schleifringe 20 in nicht erkennbarer Weise im Isolierkörper 22 eingebettet unter dem hinteren Kugellager 23 der Maschine hindurchgeführt werden, wo sie mit den Enden der Erregerwicklung 18 kontaktiert sind. Das Kugellager 23 ist dabei über eine Buchse 24 aus Isolierstoff in einer Lagerbohrung 25 des Lagerschildes 11 fixiert. Das Lagerschild 11 weist an der Außenseite seiner Lagerbohrung 25 eine Ringschulter 26 auf, die mit mehreren, über den Umfang verteilten Durchbrüchen 27 versehen ist. Der von der Ständerwicklung 14 abgegebene Drehstrom wird über eine Gleichrichtereinheit 28 einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführt, wobei die Gleichrichtereinheit außen am hinteren Lagerschild 11 angeordnet ist. Ferner befindet sich dort ein Regler, der die Stromversorgung der Erregerwicklung 18 derart beeinflusst, dass die von der Gleichrichtereinheit 28 dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführte Spannung unabhängig von der Drehzahl und Last der Maschine konstant gehalten wird. Dabei ist der Regler 29 gemäß 3 mit dem Bürstenhalter 21 zu einer Baueinheit 30 zusammen gefasst, die an der Rückseite des hinteren Lagerschildes 11 festgeschraubt ist. Gleichrichtereinheit 28 sowie Bürstenhalter 21 und Regler 29 sind von einer Schutzkappe 31 aus Isolierstoff abgedeckt, die ihrerseits auf der Rückseite des hinteren Lagerschildes 11 befestigt ist. Die Schutzkappe 31 hat über ihren Umfang verteilt eine Vielzahl von Lufteintrittsöffnungen 32, durch die vom Lüfter 19 angesaugte Kühlluft zur Kühlung der Gleichrichtereinheit 28 und des Bürstenhalters 21 eintritt, bevor sie zu den Einlassfenstern 11c des Lagerschildes 11 gelangt. 1 shows in simplified form the rear part of an electric machine 10 in longitudinal section to the central axis. The machine 10 is designed as an AC synchronous generator with a claw-pole rotor and controlled electrical excitation of the rotor for use in motor vehicles. It has a multi-part metal housing, consisting of one end shield on both end faces, of which only the rear end shield 11 is shown. The end shields are cup-shaped with frontal and peripheral air inlet and outlet windows 11c and 11d , Between the two bearing shields 11 is a stand attached, made of a laminated core 13 consists, in a known manner from a variety of laminations 12 is made. In the laminated core 13 is a three-phase stator winding 14 used, which in axially parallel to each other, radially inwardly open grooves of the laminated core 13 is housed. Inside the cylindrical laminated core 13 is a clawpollen runner 15 arranged and with its rotor shaft 16 in the bearing shields 11 rotatably mounted. The clawpollen runner 15 consists of two on the rotor shaft 16 attached claw pole halves 15a and 15b between which a pole core 17 is clamped, the an annular exciter winding 18 wearing. Each of the two pot-shaped claw pole halves 15a and 15b is made of solid iron and has along the circumference a plurality of axially extending claws 15c on, spaced from each other in the circumferential direction with a uniform angular pitch spaced from each other. The claws 15c overlap mutually the exciter winding 18 and form alternating south and north poles on the rotor circumference. On the outer ends of the two claw pole halves 15a and 15b is each a fan 19 attached, in operation the machine the required cooling air through the inlet windows 11c of the end shield 11 sucks. The sucked cooling air flow is thereby from the fan 19 radially outward to the stator winding 14 transported, the front side of the laminated core 13 trained annular winding heads are located directly in the radial flow of cooling air. The heated cooling air then passes through the outlet windows 11d of the end shield 11 out again. At the rear free end of the shaft 16a is to power the exciter winding 18 a slip ring pair 20 arranged with two in a brush holder 21 guided carbon brushes works together. The slip rings 20 are partially in a cylindrical insulating body 22 embedded on the shaft end 16a the machine 10 is attached, wherein the connecting conductors of the slip rings 20 in unrecognizable manner in the insulating body 22 embedded under the rear ball bearing 23 passed through the machine, where they are connected to the ends of the exciter winding 18 are contacted. The ball bearing 23 is about a socket 24 made of insulating material in a bearing bore 25 of the end shield 11 fixed. The bearing plate 11 points to the outside of its bearing bore 25 an annular shoulder 26 on, with several, distributed over the circumference breakthroughs 27 is provided. The of the stator winding 14 output three-phase current is via a rectifier unit 28 fed to a vehicle electrical system of the motor vehicle, wherein the rectifier unit outside the rear end shield 11 is arranged. Furthermore, there is a controller, which is the power supply of the exciter winding 18 so influenced that by the rectifier unit 28 the vehicle electrical system supplied voltage is kept constant regardless of the speed and load of the machine. Here is the controller 29 according to 3 with the brush holder 21 to a unit 30 summarized, at the back of the rear end shield 11 is screwed. Rectifier unit 28 and brush holder 21 and regulators 29 are from a protective cap 31 made of insulating material, which in turn on the back of the rear bearing plate 11 is attached. The protective cap 31 has distributed over its circumference a plurality of air inlet openings 32 through the fan 19 sucked cooling air for cooling the rectifier unit 28 and the brush holder 21 enters before going to the inlet windows 11c of the end shield 11 arrives.

Im normalen Einsatz der elektrischen Maschine 10 wird diese als Drehstromgenerator im Motorraum von Kraftfahrzeugen so angeordnet, dass sie ohne besonderen Schutz der Schleifringe 20 und der damit zusammen wirkenden Kohlebürsten betrieben wird. Solche offenen Systeme benötigen daher keine besondere Belüftung beziehungsweise Befeuchtung der Kohlebürsten. Bei Einbauorten mit starker Belastung durch Schmutz, Wasser und Öl besteht jedoch für offene Schleifringsysteme die Gefahr von Einschleifungen mit starkem Abrieb sowie die Gefahr klemmender Bürsten. Da eine vollständige Kapselung der Schleifringe 20 wegen zu starker Erwärmung und damit unzureichender Luftfeuchte mit der Folge einer unzureichenden Schmierung der Kohlebürsten nicht in Betracht kommt, ist für derartige Einsätze der Maschine 10 eine nachrüstbare, belüftete Kapselung der Schleifringe 20 erforderlich. Die Kapselung ist dabei so auszubilden, dass sie ohne Eingriff in die bestehende Konfiguration des hinteren Lagerschildes 11 und des Bürstenhalters 21 sowie der äußeren Schutzkappe 31 im Bedarfsfalle an der Maschine auf möglichst einfache Weise nachrüstbar ist. Ferner ist durch eine ausreichende Belüftung des Schleifringraumes zu gewährleisten, dass der Bürstenabrieb entfernt sowie durch die Luftfeuchtigkeit ein als Rothmannhaut bezeichneter Schmierfilm an der Lauffläche der Kohlebürsten gebildet wird.In normal use of the electric machine 10 this is arranged as an alternator in the engine compartment of motor vehicles so that they without special protection of the slip rings 20 and the co-operating carbon brushes is operated. Such open systems therefore do not require any special ventilation or moistening of the carbon brushes. However, for installation sites subject to heavy contamination by dirt, water and oil, open slip ring systems are subject to the risk of severe abrasion and the risk of jamming brushes. Because a complete encapsulation of the slip rings 20 due to excessive heating and thus insufficient humidity with the consequence of insufficient lubrication of carbon brushes is not eligible for such uses of the machine 10 a retrofittable, ventilated encapsulation of slip rings 20 required. The encapsulation is designed so that it without interference with the existing configuration of the rear end shield 11 and the brush holder 21 and the outer protective cap 31 if necessary, can be retrofitted to the machine in the simplest possible way. Furthermore, it must be ensured by a sufficient ventilation of the slip ring space that the brush abrasion is removed and the humidity forms a Rothmann skin called lubricating film on the tread of carbon brushes.

Die 2 bis 6 zeigen eine solche nachrüstbare Kapselung der Schleifringe sowie die Funktion ihrer dosierten Belüftung. Dabei zeigt 2 eine dafür benötigte, aus Kunststoff hergestellte Schleifringkapsel 40 in raumbildlicher Darstellung. Sie hat eine vordere Kapselöffnung 41 sowie eine axiale Aussparung 42 zur Aufnahme des Bürstenhalters 21. Sie hat ferner eine glatte Außenwand 43, die an ihrem vorderen, der Schutzkappe 31 der Maschine 10 zugewandten Bereich 43a axial zylindrisch ausgebildet ist und die sich in ihrem dem Lagerschild 11 zugewandten hinteren Bereich 43b konkav konisch erweitert. Die Schleifringkapsel 40 hat ferner an ihrem lagerschildseitigen Ende einen axial vorstehenden Kragen 44, der sich im Bereich der Innenwandung 45 der Schleifringkapsel 40 befindet. Am Kragen 44 ist ferner ein axialer Anschlag 46 für den Bürstenhalter 21 ausgebildet.The 2 to 6 show such a retrofittable encapsulation of the slip rings and the function of their metered ventilation. It shows 2 a required, made of plastic slip ring capsule 40 in spatial representation. It has a front capsule opening 41 and an axial recess 42 for receiving the brush holder 21 , It also has a smooth outer wall 43 at the front, the protective cap 31 the machine 10 facing area 43a is formed axially cylindrical and in its the bearing plate 11 facing rear area 43b concave flared. The slip ring capsule 40 also has an axially projecting collar on its bearing-side end 44 that is in the area of the inner wall 45 the slip ring capsule 40 located. At the collar 44 is also an axial stop 46 for the brush holder 21 educated.

Zur Nachrüstung der elektrischen Maschine 10 aus 1 mit einer Kapselung der Schleifringe 20 wird zunächst die Schleifringkapsel 40 aus 2 am Bürstenhalter 21 vormontiert. 3 zeigt die Baueinheit 30 aus dem Bürstenhalter 21 und dem Regler 29 mit der im Längsschnitt dargestellten Schleifringkapsel 40. Dabei ist der Bürstenhalter 21 an seinem unteren Ende beidseitig mit je einer Schulter 21a versehen, so dass die Schleifringkapsel 40 mit ihrer axialen Aussparung 42 von hinten bis zu ihrem Anschlag 46 auf den Bürstenhalter 21 aufgeschoben wird. Dabei liegen die Schultern 21a des Bürstenhalters 21 an der Innenwandung 45 der Schleifringkapsel 40 an. Die Baueinheit 30 mit der Schleifringkapsel 40 kann nun an der elektrischen Maschine 10 aus 1 montiert werden, indem der Bürstenhalter 21 zusammen mit dem Regler 29 an der Rückseite des hinteren Lagerschildes 11 angeschraubt wird.For retrofitting the electrical machine 10 out 1 with an encapsulation of the slip rings 20 First, the slip ring capsule 40 out 2 on the brush holder 21 preassembled. 3 shows the unit 30 from the brush holder 21 and the controller 29 with the slip ring capsule shown in longitudinal section 40 , Here is the brush holder 21 at its lower end on both sides with one shoulder each 21a provided so that the slip ring capsule 40 with its axial recess 42 from the back to her stop 46 on the brush holder 21 is postponed. Here are the shoulders 21a of the brush holder 21 on the inner wall 45 the slip ring capsule 40 at. The construction unit 30 with the slip ring capsule 40 can now on the electric machine 10 out 1 be mounted by the brush holder 21 together with the regulator 29 on the back of the rear end shield 11 is screwed on.

4 zeigt die elektrische Maschine 10 aus 1 mit der nunmehr nachgerüsteten belüfteten Schleifringkapselung. Die Schleifringkapsel 40 ist dabei im Bereich der Lagerbohrung 25 des hinteren Lagerschildes 11 befestigt und umgibt dort nunmehr die Schleifringe 20. Ihre vordere, am Ende der Läuferwelle 16a befindliche Kapselöffnung 41 liegt dort mit geringem Abstand 50 von zum Beispiel 2 mm hinter der Schutzkappe 31 der Maschine. 4 shows the electric machine 10 out 1 with the now retrofitted ventilated slip ring encapsulation. The slip ring capsule 40 is in the area of the bearing bore 25 of the rear end shield 11 attached and surrounds there now the slip rings 20 , Your front, at the end of the rotor shaft 16a located capsule opening 41 is there at a small distance 50 of for example 2 mm behind the protective cap 31 the machine.

5 zeigt in raumbildlicher Darstellung einen Ausbruch des Lagerschildes 11 im Bereich ihrer Lagerstelle. Dort erkennt man die Einlassfenster 11c für die Kühlluft sowie die Ringschulter 26 an der Außenseite der Lagerbohrung 25 mit den über den Umfang verteilten Durchbrüchen 27. Gemäß 4 ist die Schleifringkapsel 40 an ihren hinteren, lagerschildseitigen Ende mit ihrem axial vorstehenden Kragen 44 auf der Außenseite der Ringschulter 26 des Lagerschildes 11 zentriert aufgesetzt. Die Durchbrüche 27 sind dabei über die Lagerbohrung 25 mit dem Innenraum der Schleifringkapsel 40 verbunden, indem die Ringschulter 26 an der Außenseite der Lagerbohrung 25 zum hinteren Kugellager 23 der Läuferwelle 16 einen axialen Luftspalt 46 freilässt. Zur Erzielung einer dosierten Belüftung des Schleifringraumes ist ferner vorgesehen, dass der konisch erweiterte Bereich 43b der Schleifringkapsel 40 zur Schulter 26 der Lagerbohrung 25 am Lagerschild 11 einen axialen Abstand hat, der einen Ringspalt 47 bildet. 5 shows in space pictorial representation of an outbreak of the bearing plate 11 in the area of their depository. There you can see the inlet windows 11c for the cooling air and the annular shoulder 26 on the outside of the bearing bore 25 with the openings distributed over the circumference 27 , According to 4 is the slip ring capsule 40 at its rear, bearing-shield-side end with its axially projecting collar 44 on the outside of the ring shoulder 26 of the end shield 11 centered. The breakthroughs 27 are doing over the bearing bore 25 with the interior of the slip ring capsule 40 connected by the annular shoulder 26 on the outside of the bearing bore 25 to the rear ball bearing 23 the rotor shaft 16 an axial air gap 46 leaves free. To achieve a metered ventilation of the slip ring space is further provided that the flared area 43b the slip ring capsule 40 to the shoulder 26 the bearing bore 25 on the bearing plate 11 has an axial distance which is an annular gap 47 forms.

In 6 ist ein Ausschnitt aus 4 mit der Kapselung der Schleifringe 20 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dort ist der bei laufender Maschine auftretende Kühlluftstrom im Bereich der Schleifringkapsel 40 durch Pfeile dargestellt. Die breiten Pfeile 48 bilden den Hauptkühlluftstrom, der über die radial innen liegenden Lufteintrittsöffnungen 32 der Schutzkappe 31 an der Rückseite der Maschine eintritt und der ohne Verwirbelung entlang der glatten Außenwandung 43 der Schleifringkapsel 40 zu den Einlassfenstern 11c des Lagerschildes 11 strömt, wo die Kühlluft sodann vom Lüfter 19 erfasst und radial nach außen gedrückt wird. Dabei wird außen an der Schleifringkapsel 40 im Bereich des Ringspaltes 47 zum Lagerschild 11 ein Luftdruckgefälle im Innenraum der Schleifringkapsel 40 erzeugt, durch das ein kleiner dosierten Luftstrom unmittelbar hinter der Schutzkappe 31 vom Hauptluftstrom 48 abzweigt. Dieser durch schmale Pfeile 49 gekennzeichnete Belüftungsstrom gelangt durch den geringen Abstand 50 der Schleifringkapsel 40 zur Schutzkappe 31 in die vordere Kapselöffnung 41. Über die Schleifringe 20 hinweg gelangt dieser Belüftungsstrom 49 am hinteren Ende der Schleifringkapsel 40 bis zum Kugellager 23. Er gelangt von dort durch den Luftspalt 47 des Kugellagers 23 zur Ringschulter 26 der Lagerbohrung 25 und durch die Durchbrüche 27 in den Ringspalt 47 zwischen der Ringschulter 26 und der Schleifringkapsel 40. Da die Schleifringkapsel 40 mit dem hinteren Rand 43c ihrer Außenwandung 43 bis dicht unterhalb der Einlassfenster 11c des Lagerschildes 11 reicht, wird dort der Belüftungsstrom 49 der Schleifringkapsel 40 vom Hauptluftstrom 48 ohne Verwirbelung mitgenommen.In 6 is a section of 4 with the encapsulation of the slip rings 20 shown on an enlarged scale. There, the cooling air flow occurring during operation of the machine is in the area of the slip ring capsule 40 represented by arrows. The wide arrows 48 form the main cooling air flow, which is via the radially inner air inlet openings 32 the protective cap 31 enters at the back of the machine and the without turbulence along the smooth outer wall 43 the slip ring capsule 40 to the inlet windows 11c of the end shield 11 flows, where the cooling air then from the fan 19 is detected and pressed radially outward. It is outside of the slip ring capsule 40 in the region of the annular gap 47 to the end shield 11 an air pressure gradient in the interior of the slip ring capsule 40 generated by a small metered airflow immediately behind the cap 31 from the main airflow 48 branches. This through narrow arrows 49 characterized ventilation flow passes through the small distance 50 the slip ring capsule 40 to the protective cap 31 in the front capsule opening 41 , About the slip rings 20 away passes this ventilation flow 49 at the rear end of the slip ring capsule 40 to the ball bearing 23 , He passes from there through the air gap 47 of the ball bearing 23 to the ring shoulder 26 the bearing bore 25 and through the breakthroughs 27 in the annular gap 47 between the ring shoulder 26 and the slip ring capsule 40 , Because the slip ring capsule 40 with the back edge 43c its outer wall 43 until just below the inlet window 11c of the end shield 11 is enough, there is the ventilation flow 49 the slip ring capsule 40 from the main airflow 48 taken without turbulence.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, da die Dimensionierung der Schleifringkapsel 40 sowohl von der Baugröße der Maschine als auch von deren Einsatzbedingungen abhängig ist. Eine Dosierung des Belüftungsstromes 49 im Innenraum der Schleifringkapsel 40 lässt sich gegebenenfalls dadurch verändern, dass der Abstand 50 der Schleifringkapsel 40 zur Schutzkappe 31 der Maschine beziehungsweise der axiale Abstand 47 des hinteren Randes 43c der Schleifringkapsel 40 zum Lagerschild 11 verändert wird. Des Weiteren kann zur Dosierung des Belüftungsstromes 49 in der Schleifringkapsel 40 auch das Luftdruckgefälle entlang der Außenwandung 43 der Schleifringkapsel 40 beeinflusst werden, indem beispielsweise der hintere konische Bereich 43b der Außenwandung 43 der Schleifringkapsel 40 abgeflacht wird. Sollten durch Fertigungstoleranzen an der Schleifringkapsel 40 Leckströme auftreten, welche die Belüftung und Befeuchtung der Schleifringe und Kohlebürsten beeinträchtigen könnten, können diese durch eine Dichtung zwischen Bürstenhalter 21 und Schleifringkapsel 40 beziehungsweise zwischen dem axialen Kragen 44 der Schleifringkapsel 40 und der Ringschulter 26 an der Lagerbohrung 25 des Lagerschildes 11 zuverlässig unterbunden werden. Die erfindungsgemäße Schleifringkapselung ist generell für elektrische Maschinen mit einem Schleifringläufer anwendbar und somit nicht auf Maschinen mit Klauenpolläufer beschränkt.The invention is not limited to the illustrated embodiment, since the dimensions of the slip ring capsule 40 depends on the size of the machine as well as the conditions of use. A dosage of the aeration stream 49 in the interior of the slip ring capsule 40 If necessary, it can be changed by the distance 50 the slip ring capsule 40 to the protective cap 31 the machine or the axial distance 47 the rear edge 43c the slip ring capsule 40 to the end shield 11 is changed. Furthermore, for metering the ventilation flow 49 in the slip ring capsule 40 also the air pressure gradient along the outer wall 43 the slip ring capsule 40 be influenced by, for example, the rear conical area 43b the outer wall 43 the slip ring capsule 40 flattened. Should by manufacturing tolerances on the slip ring capsule 40 Leakage currents occur which could affect the ventilation and humidification of the slip rings and carbon brushes, these can be achieved by a seal between the brush holder 21 and slip ring capsule 40 or between the axial collar 44 the slip ring capsule 40 and the ring shoulder 26 at the bearing bore 25 of the end shield 11 be reliably prevented. The slip ring encapsulation according to the invention is generally applicable to electric machines with a slip ring rotor and thus not limited to machines with claw snubber.

Claims

Electric machine, in particular three-phase machine ( 10 ), with a slip ring rotor ( 15 ) whose slip rings ( 20 ) at a rear end of a rotor shaft ( 16 ) are arranged and in a brush holder ( 21 ) guided carbon brushes, wherein the brush holder ( 21 ), preferably with a controller ( 29 ) and a rectifier unit ( 28 ), on the outside of a rear end shield ( 11 ) and a protective cap ( 31 ), which radially inward air inlet openings ( 32 ) by the cooling air from one behind the with inlet windows ( 11c ) bearing plate ( 11 ) mounted on the rotor shaft fan ( 19 ) and wherein the slip rings ( 20 ) from one on the brush holder ( 21 ) slip ring capsule ( 40 ) and are ventilated by a part of the sucked cooling air, wherein the slip ring capsule ( 40 ) on the electric machine ( 10 ) is fixed so that a front, at the end of the rotor shaft ( 16 ) located capsule opening ( 41 ) to the air inlet with a small distance ( 50 ) behind the protective cap ( 31 ) and that an outer wall ( 43 ) of the slip ring capsule ( 40 ) is smooth, so that to produce an air pressure gradient in the slip ring capsule ( 40 ) the incoming cooling air without turbulence along the outer wall ( 43 ) to the inlet windows ( 11c ) of the end shield ( 11 ), the slip ring capsule ( 40 ) in its end shield ( 11 ) facing area ( 43b ) is conically flared, characterized in that between a rear edge ( 43c ) of the slip ring capsule ( 40 ) and the end shield ( 11 ) is a gap which forms an annular gap ( 47 ).

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the outer wall ( 43 ) of the slip ring capsule ( 40 ) in their protective cap ( 31 ) facing area ( 43a ) is formed axially cylindrical, which in its the bearing plate ( 11 ) facing area ( 43b ) conically, preferably concave flared.

Electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that the end shield ( 11 ) on the outside of its bearing bore ( 25 ) an annular shoulder ( 26 ), at which the slip ring capsule ( 40 ) abuts the front side and with several, distributed over the circumference, with the interior of the slip ring capsule ( 40 ) associated breakthroughs ( 27 ) is provided.

Electrical machine according to claim 3, characterized in that the openings ( 27 ) of the annular shoulder ( 26 ) via an axial air gap ( 46 ) to the rear bearing ( 23 ) of the rotor shaft ( 16 ) with the interior of the slip ring capsule ( 40 ) are connected.

Electrical machine according to claim 3 or 4, characterized in that the conically widened region ( 43b ) of the slip ring capsule ( 40 ) to the annular shoulder ( 26 ) of the end shield ( 11 ) has the axial distance between the annular gap ( 47 ).

Electrical machine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the slip ring capsule ( 40 ) at its bearing-plate end with a, on the inner circumference axially projecting collar ( 44 ) on the ring shoulder ( 26 ) of the end shield ( 11 ) is centered.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the slip ring capsule ( 40 ) with the rear edge ( 43c ) of its outer wall ( 43 ) to just below the inlet window ( 11c ) of the end shield ( 11 ) enough.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the slip ring capsule ( 40 ) an open front axial recess ( 42 ) for receiving the brush holder ( 21 ), wherein the recess ( 42 ) at its rear end with a stop ( 44a ) for the brush holder ( 21 ) is provided.

Electrical machine according to claim 6 and 8, characterized in that the stop ( 44a ) at the periphery of the rear end of the slip ring capsule ( 40 ) axially projecting collar ( 44 ) is trained.

Electrical machine according to one of claims 3 to 9, characterized in that the openings ( 27 ) on the outside of the annular shoulder ( 26 ) at least partially radially outward over the edge ( 43c ) of the slip ring capsule ( 40 ).