DE102012206898A1

DE102012206898A1 - Electrical machine e.g. electric steering motor for motor vehicle, has fan blades which are arranged on rotational angle transmitter wheel in circumferential direction and are associated with fan wheel which surrounds transmitter wheel

Info

Publication number: DE102012206898A1
Application number: DE201210206898
Authority: DE
Inventors: Bernd Schroeder; Stefan Lober
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-10-31

Abstract

The electrical machine (1) has a rotor shaft (2) and a rotary encoder (11). The rotor shaft is connected to a rotational angle transmitter wheel (9) in a rotationally fixed manner. The rotational angle transmitter wheel is provided with several fan blades (15) in the circumferential direction. The fan blades are associated with a fan wheel (14) which partially surrounds the rotational angle transmitter wheel. The fan wheel is designed as radial fan wheel or axial fan wheel.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, mit einer Rotorwelle und mit einem Drehwinkelgeber, der ein drehfest mit der Rotorwelle wirkverbundenes Drehwinkelgeberrad aufweist. The invention relates to an electrical machine having a rotor shaft and a rotary encoder, which has a drehwinkelgeberrad operatively connected to the rotor shaft rotatably.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die elektrische Maschine ist beispielsweise ein elektrischer Lenkmotor, welcher zur Lenkungsunterstützung in einem Kraftfahrzeug Anwendung findet. Derartige elektrische Maschinen sind üblicherweise mit einem Drehwinkelgeber versehen, um die momentane Drehwinkellage oder zumindest das Zurücklegen einer bestimmten Drehwinkeldifferenz feststellen zu können. Aufbauend auf der Drehwinkeldifferenz kann beispielsweise inkrementell auf die Drehwinkellage geschlossen werden. Auf der Rotorwelle ist üblicherweise ein Rotor der elektrischen Maschine gelagert. Verfügt dieser Rotor über eine Rotorwicklung, so muss diese zum Betreiben der elektrischen Maschine mit elektrischem Strom versorgt werden. Dies geschieht üblicherweise über wenigstens einen Schleifring, welcher dem Rotor zugeordnet und beispielsweise auf der Rotorwelle angeordnet ist. Electric machines of the type mentioned are known from the prior art. The electric machine is, for example, an electric steering motor, which is used for steering assistance in a motor vehicle application. Such electrical machines are usually provided with a rotary encoder in order to determine the instantaneous angular position or at least the return of a certain rotational angle difference. Based on the rotational angle difference, for example, can be closed incrementally to the rotational angle position. On the rotor shaft usually a rotor of the electric machine is mounted. If this rotor has a rotor winding, it must be supplied with electric current for operating the electric machine. This is usually done via at least one slip ring, which is assigned to the rotor and arranged for example on the rotor shaft.

Insbesondere bei hohen Drehzahlen erhitzen sich die Bestandteile der elektrischen Maschine während des Betriebs durch die dabei anfallende Wärme. Dies gilt insbesondere für das Drehwinkelgeberrad und/oder den wenigstens einen Schleifring. Es kann daher vorgesehen sein, die elektrische Maschine mit einem Lüfter zu versehen, welcher einen Luftstrom erzeugt, der über thermisch kritische Bereiche der elektrischen Maschine, beispielsweise also das Drehwinkelgeberrad und/oder den Schleifring, strömt. Ein solcher Lüfter soll kostengünstig und mit geringem Aufwand herstellbar und an beziehungsweise in der elektrischen Maschine montierbar sein. Aus diesem Grund wurde beispielsweise in der DE 198 07 708 A1 ein Läufer für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, bei welchem ein Schleifring zur Zuführung von elektrischem Strom zu einer Läuferwicklung vorgesehen ist, der in Form eines Lüfters vorliegt. Der Schleifring selbst sorgt also für einen Luftstrom entlang einer Achse der elektrischen Maschine, sodass eine ausreichende Kühlung des Schleifrings gewährleistet ist. Die Herstellung eines derartigen Schleifrings ist jedoch immer noch sehr aufwendig. In particular, at high speeds, the components of the electric machine heat during operation by the resulting heat. This applies in particular to the Drehwinkelgeberrad and / or the at least one slip ring. It can therefore be provided to provide the electric machine with a fan which generates an air flow which flows over thermally critical regions of the electric machine, for example, the Drehwinkelgeberrad and / or the slip ring. Such a fan should be inexpensive and easy to manufacture and be mounted on or in the electric machine. For this reason, for example, in the DE 198 07 708 A1 a rotor for an electric machine proposed in which a slip ring is provided for supplying electric current to a rotor winding, which is in the form of a fan. The slip ring itself thus ensures an air flow along an axis of the electric machine, so that a sufficient cooling of the slip ring is ensured. However, the production of such a slip ring is still very expensive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgegenüber weist die elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, dass eine effiziente Kühlung zumindest von Bereichen der elektrischen Maschine gewährleistet ist, die thermisch hoch belastet sind, wobei diese Kühlung mit geringem konstruktivem Aufwand realisiert ist. Dazu ist vorgesehen, dass dem Drehwinkelgeberrad ein mehrere Lüfterschaufeln aufweisendes Lüfterrad zugeordnet ist, das das Drehwinkelgeberrad wenigstens bereichsweise in Umfangsrichtung umgreift. Der Lüfter beziehungsweise dessen Lüfterrad ist also nicht beispielsweise dem Schleifring, sondern dem Drehwinkelgeberrad zugeordnet. Auf diese Weise wird eine konstruktiv einfache und besonders platzsparende Anordnung des Lüfterrads realisiert. Dazu ist weiter vorgesehen, dass das Lüfterrad das Drehwinkelgeberrad wenigstens bereichsweise in Umfangsrichtung umgreift. In axialer Richtung – bezogen auf eine Drehachse der Rotorwelle – liegt also das Lüfterrad an wenigstens einer axialen Position gemeinsam mit dem Drehwinkelgeberrad vor. Das bedeutet beispielsweise, dass die Lüfterschaufeln über den Umfang des Drehwinkelgeberrads verteilt angeordnet sind, dieses also ebenfalls wenigstens bereichsweise in Umfangsrichtung umgreifen. In contrast, the electric machine with the features of claim 1 has the advantage that an efficient cooling is ensured at least of areas of the electric machine, which are thermally highly loaded, said cooling is realized with little design effort. For this purpose, it is provided that the Drehwinkelgeberrad is associated with a plurality of fan blades exhibiting fan wheel, which surrounds the Drehwinkelgeberrad at least partially in the circumferential direction. The fan or its fan is therefore not associated, for example, the slip ring, but the Drehwinkelgeberrad. In this way, a structurally simple and particularly space-saving arrangement of the fan is realized. For this purpose, it is further provided that the fan wheel surrounds the Drehwinkelgeberrad at least partially in the circumferential direction. In the axial direction - with respect to an axis of rotation of the rotor shaft - so the fan is at at least one axial position together with the Drehwinkelgeberrad before. This means, for example, that the fan blades are distributed over the circumference of the Drehwinkelgeberrads, so this also surround at least partially in the circumferential direction.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehwinkelgeberrad benachbart, insbesondere in axialer Richtung beabstandet, zu einer Stirnseite der Rotorwelle angeordnet ist. Das Drehwinkelgeberrad ist also nicht auf der Rotorwelle selbst, sondern – in axialer Richtung gesehen – neben dieser angeordnet. Gleichwohl ist das Drehwinkelgeberrad drehfest mit der Rotorwelle verbunden, sodass es eine Erfassung des Drehwinkels beziehungsweise einer Drehwinkeldifferenz der Rotorwelle ermöglicht. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Drehwinkelgeberrad unmittelbar an die Rotorwelle angrenzt, also beispielsweise mit der Stirnseite in Berührkontakt steht. Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Drehwinkelgeberrad beabstandet zu der Stirnseite vorliegt. A development of the invention provides that the Drehwinkelgeberrad adjacent, in particular spaced in the axial direction, is arranged to a front side of the rotor shaft. The Drehwinkelgeberrad is therefore not on the rotor shaft itself, but - seen in the axial direction - arranged next to this. Nevertheless, the Drehwinkelgeberrad is rotatably connected to the rotor shaft, so that it allows detection of the rotation angle or a rotational angle difference of the rotor shaft. It can be provided that the Drehwinkelgeberrad directly adjacent to the rotor shaft, that is, for example, in contact with the front side. Alternatively, however, it can also be provided that the Drehwinkelgeberrad is present at a distance from the end face.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehwinkelgeberrad mittels eines in die Stirnseite der Rotorwelle eingreifenden Haltestifts an der Rotorwelle befestigt ist. Bevorzugt durchgreift der Haltestift sowohl das Drehwinkelgeberrad als auch die Rotorwelle in axialer Richtung wenigstens bereichsweise. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Haltestift das Drehwinkelgeberrad vollständig in axialer Richtung durchgreift und in eine Halteöffnung der Rotorwelle eingreift, welche koaxial zu der Drehachse vorliegt. Soll das Drehwinkelgeberrad in axialer Richtung beabstandet zu der Stirnseite der Rotorwelle vorliegen, so weist der Haltestift eine entsprechende Länge auf. Insbesondere ist es bei einer derartigen Ausführungsform vorgesehen, dass zwischen dem Drehwinkelgeberrad und der Stirnseite der Rotorwelle – abgesehen von dem Haltestift – lediglich ein Luftspalt vorliegt, also ein mit Luft gefüllter Raum. Über den Luftspalt kann beim Fügen des Drehwinkelgebers in beziehungsweise an, insbesondere über den Haltestift, die Rotorwelle ein Ausgleich der axialen Montagetoleranzen erfolgen. Außerdem wird auf diese Weise eine Beeinflussung des Drehwinkelgebers durch die häufig aus Metall bestehende Rotorwelle verhindert oder zumindest verringert. A development of the invention provides that the Drehwinkelgeberrad is fixed by means of a engaging in the end face of the rotor shaft holding pin on the rotor shaft. Preferably, the retaining pin passes through both the Drehwinkelgeberrad and the rotor shaft in the axial direction at least partially. In particular, it is provided that the retaining pin completely engages through the Drehwinkelgeberrad in the axial direction and engages in a holding opening of the rotor shaft, which is coaxial with the axis of rotation. If the Drehwinkelgeberrad in the axial direction spaced from the end face of the rotor shaft, so the retaining pin has a corresponding length. In particular, it is provided in such an embodiment that between the Drehwinkelgeberrad and the end face of the rotor shaft - apart from the retaining pin - is present only an air gap, ie a space filled with air. When joining the rotary encoder in or on, in particular via the retaining pin, the rotor shaft can compensate for the air gap Axial assembly tolerances done. In addition, in this way an influence of the rotary encoder by the rotor shaft, which often consists of metal, is prevented or at least reduced.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lüfterrad von dem Drehwinkelgeberrad ausgebildet oder unmittelbar an ihm befestigt ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Lüfterrad also nicht lediglich dem Drehwinkelgeberrad zugeordnet, sondern liegt tatsächlich an ihm vor. Dabei kann das Lüfterrad von dem Material des Drehwinkelgeberrads selbst ausgebildet sein. Alternativ ist es lediglich unmittelbar an ihm befestigt. Es erfolgt also eine Drehmomentübertragung unmittelbar von dem Drehwinkelgeberrad auf das Lüfterrad, ohne Umweg über den Haltestift oder die Rotorwelle. Das Drehwinkelgeberrad wir mithin entweder unmittelbar von der Rotorwelle oder über den Haltestift mittelbar von der Rotorwelle angetrieben, wobei das Antreiben des Lüfterrads über das Drehwinkelgeberrad erfolgt. A development of the invention provides that the fan wheel is formed by the Drehwinkelgeberrad or attached directly to it. In such an embodiment, the fan is therefore not only associated with the Drehwinkelgeberrad, but is actually in front of him. In this case, the fan may be formed by the material of the Drehwinkelgeberrads itself. Alternatively, it is only attached directly to it. Thus, there is a torque transfer directly from the Drehwinkelgeberrad on the fan, without detour via the retaining pin or the rotor shaft. The Drehwinkelgeberrad we therefore either directly from the rotor shaft or indirectly via the retaining pin driven by the rotor shaft, wherein the driving of the fan wheel via the Drehwinkelgeberrad takes place.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lüfterrad unmittelbar an dem Haltestift und/oder unmittelbar an der Rotorwelle befestigt ist. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Lüfterrad also nicht von dem Drehwinkelgeberrad ausgebildet beziehungsweise unmittelbar an diesem befestigt. Vielmehr soll das Lüfterrad derart drehfest an dem Haltestift beziehungsweise der Rotorwelle befestigt sein, dass es unmittelbar von dem jeweiligen Element angetrieben wird. Dennoch ist es weiterhin vorgesehen, dass das Lüfterrad das Drehwinkelgeberrad zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung umgreift. Entsprechend erstreckt sich das Lüfterrad in axialer Richtung von dem Haltestift beziehungsweise der Rotorwelle in Richtung des Drehwinkelgeberrads, sodass dieses von dem Lüfterrad an wenigstens einer Axialposition umgriffen wird. A development of the invention provides that the fan is attached directly to the retaining pin and / or directly to the rotor shaft. In such an embodiment, the fan is therefore not formed by the Drehwinkelgeberrad or directly attached to this. Rather, the fan should be so rotatably attached to the retaining pin or the rotor shaft that it is driven directly by the respective element. Nevertheless, it is further envisaged that the fan wheel surrounds the Drehwinkelgeberrad at least partially in the circumferential direction. Accordingly, the fan wheel extends in the axial direction of the retaining pin or the rotor shaft in the direction of Drehwinkelgeberrads so that it is encompassed by the fan at least one axial position.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehwinkelgeberrad zumindest bereichsweise aus einem Magnetmaterial besteht, wobei die Lüfterschaufeln von dem Magnetmaterial ausgebildet oder an diesem befestigt sind. Das Magnetmaterial ist ein magnetisierbares Material, weist also insbesondere Eisen auf. Bevorzugt ist das magnetische oder zumindest magnetisierbare Material in einem Kunststoff eingebettet, sodass das Magnetmaterial als ein magnetisches beziehungsweise magnetisierbares Magnetverbundmaterial vorliegt. Wie bereits vorstehend erläutert, kann das Lüfterrad von dem Drehwinkelgeberrad ausgebildet sein. Zu diesem Zweck ist das Magnetmaterial beispielsweise derart geformt, dass die Lüfterschaufeln vorliegen. Alternativ kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass das Lüfterrad an dem Drehwinkelgeberrad und entsprechend an dem Magnetmaterial lediglich befestigt ist. A development of the invention provides that the Drehwinkelgeberrad at least partially consists of a magnetic material, wherein the fan blades are formed by the magnetic material or attached thereto. The magnetic material is a magnetizable material, that is, it has iron in particular. Preferably, the magnetic or at least magnetizable material is embedded in a plastic, so that the magnetic material is present as a magnetic or magnetizable magnetic composite material. As already explained above, the fan wheel may be formed by the Drehwinkelgeberrad. For this purpose, the magnetic material is shaped, for example, such that the fan blades are present. Alternatively, it can of course also be provided that the fan is only attached to the Drehwinkelgeberrad and corresponding to the magnetic material.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Drehwinkelgeberrad ein Käfigelement und ein von dem Käfigelement aufgenommenes, aus dem Magnetmaterial bestehendes Magnetelement aufweist und das Lüfterrad von dem Käfigelement ausgebildet ist. Um die Stabilität des Magnetelements in radialer Richtung zu erhöhen, ist das Käfigelement vorgesehen, welches das Magnetmaterial in radial nach außen weisender Richtung abstützt und entsprechend sicher hält. Auch von durch hohe Drehzahlen bedingten Zentrifugalkräften kann so eine Beschädigung des Magnetelements sicher ausgeschlossen werden. Das Käfigelement umgreift also das Magnetelement wenigstens bereichsweise. Alternativ kann auch ein Durchgreifen des Magnetelements vorgesehen sein, sodass – in radialer Richtung gesehen – ein innerer Bereich des Magnetelements in dem Käfigelement aufgenommen ist und ein radial außen liegender äußerer Bereich außerhalb des Käfigelements vorliegt. Das Lüfterrad soll nun wie bereits erläutert von dem Käfigelement ausgebildet oder zumindest an diesem befestigt sein. A further development of the invention provides that the rotary encoder wheel has a cage element and a magnetic element accommodated by the cage element and consisting of the magnetic material, and the fan wheel is formed by the cage element. In order to increase the stability of the magnetic element in the radial direction, the cage element is provided, which supports the magnetic material in radially outward direction and accordingly holds securely. Even caused by high speeds centrifugal forces damage to the magnetic element can be safely excluded. The cage element thus surrounds the magnetic element at least partially. Alternatively, a penetration of the magnetic element may be provided, so that - seen in the radial direction - an inner region of the magnetic element is accommodated in the cage element and a radially outer outer region is present outside of the cage element. The fan is now as already explained by the cage member formed or at least attached to this.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lüfterrad eine bezüglich der Lüfterschaufeln radial innenliegende Aufnahme für das Drehwinkelgeberrad aufweist. Auf diese Weise wird das wenigstens bereichsweise Umgreifen des Drehwinkelgeberrads durch das Lüfterrad realisiert. Das Drehwinkelgeberrad ist nach der Montage der elektrischen Maschine wenigstens bereichsweise in der Aufnahme angeordnet. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sich das Drehwinkelgeberrad in radial nach außen weisender Richtung an dem Lüfterrad abstützt. A further development of the invention provides that the fan wheel has a radially inward receptacle for the rotary encoder wheel with respect to the fan blades. In this way, the at least partially encompassing the Drehwinkelgeberrads is realized by the fan. The Drehwinkelgeberrad is arranged at least partially in the receptacle after assembly of the electric machine. It can be provided that the Drehwinkelgeberrad is supported in radially outwardly facing direction of the fan.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lüfterrad als Axiallüfterrad oder als Radiallüfterrad ausgebildet ist. Prinzipiell kann das Lüfterrad beliebig ausgebildet sein. Besonders bevorzugt liegt es jedoch als Axiallüfterrad vor, sodass es Luft in axialer Richtung ansaugt und in ebenso axialer Richtung wieder ausstößt. Alternativ kann auch eine Ausgestaltung als Radiallüfterrad vorgesehen sein. Bei dieser wird beispielsweise Luft in radialer Richtung angesaugt und in axialer Richtung ausgestoßen. Auch eine Kombination von Axiallüfterrad und Radiallüfterrad kann vorgesehen sein. Zu diesem Zweck ist das Lüfterrad beispielsweise in einen Axiallüfterbereich und einen Radiallüfterbereich unterteilt, wobei der Axiallüfterbereich analog zu dem Axiallüfterrad und der Radiallüfterbereich analog zu dem Radiallüfterrad arbeitet. A development of the invention provides that the fan is designed as Axiallüfterrad or as a radial fan. In principle, the fan can be designed as desired. However, it is particularly preferred as Axiallüfterrad so that it sucks air in the axial direction and expels in the same axial direction again. Alternatively, an embodiment may be provided as a radial fan. In this example, air is sucked in the radial direction and ejected in the axial direction. A combination of axial fan and radial fan may also be provided. For this purpose, the fan is divided, for example, in an axial fan area and a radial fan area, wherein the axial fan area analogous to the axial fan and the radial fan area works analogous to the radial fan.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein von dem Lüfterrad erzeugter Luftstrom das Drehwinkelgeberrad und/oder wenigstens einen Schleifring der elektrischen Maschine überströmt. Entsprechend kann so eine Kühlung des Drehwinkelgeberrads beziehungsweise des Schleifrings der elektrischen Maschine realisiert sein. A further development of the invention provides that an air flow generated by the fan wheel flows over the rotary angle sensor wheel and / or at least one slip ring of the electric machine. Accordingly, such a cooling of the Drehwinkelgeberrads or the slip ring of the electric machine can be realized.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without any limitation of the invention. Showing:

1 einen Längsschnitt durch einen Bereich einer elektrischen Maschine, wobei einem Drehwinkelgeberrad eines Drehwinkelgebers ein Lüfterrad zugeordnet ist, 1 a longitudinal section through a portion of an electric machine, wherein a Drehwinkelgeberrad a Drehwinkelgebers a fan wheel is assigned,

2A eine Frontalansicht des Drehwinkelgeberrads in einer ersten Ausführungsform der elektrischen Maschine, 2A a frontal view of the Drehwinkelgeberrads in a first embodiment of the electric machine,

2B einen Längsschnitt durch das Drehwinkelgeberrad in der ersten Ausführungsform, 2 B a longitudinal section through the Drehwinkelgeberrad in the first embodiment,

3A eine Seitenansicht des Drehwinkelgeberrads in einer zweiten Ausführungsform der elektrischen Maschine, 3A a side view of the Drehwinkelgeberrads in a second embodiment of the electric machine,

3B eine Frontalansicht des Drehwinkelgeberrads in der zweiten Ausführungsform, 3B FIG. 4 is a front view of the rotary encoder wheel in the second embodiment; FIG.

4A eine Seitenansicht des Drehwinkelgeberrads in einer dritten Ausführungsform der elektrischen Maschine, 4A a side view of the Drehwinkelgeberrads in a third embodiment of the electrical machine,

4B eine Frontalansicht des Drehwinkelgeberrads in der dritten Ausführungsform der elektrischen Maschine, 4B FIG. 4 is a front view of the rotary encoder wheel in the third embodiment of the electric machine; FIG.

5A einen Längsschnitt durch das Drehwinkelgeberrad in einer vierten Ausführungsform der elektrischen Maschine, 5A a longitudinal section through the Drehwinkelgeberrad in a fourth embodiment of the electric machine,

5B eine weitere Ansicht des Drehwinkelgeberrads in der vierten Ausführungsform der elektrischen Maschine, 5B another view of the Drehwinkelgeberrads in the fourth embodiment of the electric machine,

6A einen Längsschnitt durch das Drehwinkelgeberrad in einer fünften Ausführungsform der elektrischen Maschine, 6A a longitudinal section through the Drehwinkelgeberrad in a fifth embodiment of the electric machine,

6B eine weitere Ansicht des Drehwinkelgeberrads in der fünften Ausführungsform der elektrischen Maschine, 6B another view of the Drehwinkelgeberrads in the fifth embodiment of the electric machine,

7 einen Längsschnitt durch den Bereich der elektrischen Maschine in einer sechsten Ausführungsform, 7 a longitudinal section through the region of the electric machine in a sixth embodiment,

8 eine Ansicht des Drehwinkelgeberrads in einer siebten Ausführungsform der elektrischen Maschine, und 8th a view of the Drehwinkelgeberrads in a seventh embodiment of the electric machine, and

9 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Drehwinkelgeberrads in einer achten Ausführungsform der elektrischen Maschine. 9 a partially sectioned side view of the Drehwinkelgeberrads in an eighth embodiment of the electrical machine.

Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Bereich einer elektrischen Maschine 1. Diese weist eine Rotorwelle 2 auf, welche mit wenigstens einem Lager 3 in einem nicht weiter dargestellten Gehäuse der elektrischen Maschine 1 gelagert ist. Die elektrische Maschine 1 verfügt weiterhin über einen Rotor, auf welchen hier nicht näher eingegangen werden soll. Dieser Rotor ist mit einer Rotorwicklung versehen, welcher mit elektrischem Strom versorgt werden soll. Zu diesem Zweck sind Schleifringe 4 und 5 vorgesehen, auf welchen Bürsten 6 und 7, beispielsweise Kohlebürsten, gleitend ablaufen können. Der Rotor ist drehfest auf der Rotorwelle 2 befestigt, während die Bürsten 6 und 7 ortsfest in dem Gehäuse vorliegen. Die Schleifringe 4 und 5 und die Bürsten 6 und 7 bilden eine Schleifringeinheit 8. Weiterhin ist ein Drehwinkelgeberrad 9 vorgesehen, welches mittels eines Haltestifts 10 an der Rotorwelle 2 drehfest befestigt ist. Das Drehwinkelgeberrad 9 ist Bestandteil eines Drehwinkelgebers 11, welcher neben dem Drehwinkelgeberrad 9 einen nicht dargestellten bezüglich des Gehäuses ortsfesten Drehwinkelsensor aufweist. Mithilfe des Drehwinkelgebers 11 kann der Drehwinkel oder zumindest eine Drehwinkeldifferenz der Rotorwelle 2 festgestellt werden. The 1 shows a longitudinal section through a portion of an electric machine 1 , This has a rotor shaft 2 on which with at least one camp 3 in a housing, not shown, of the electrical machine 1 is stored. The electric machine 1 also has a rotor, which will not be discussed here in detail. This rotor is provided with a rotor winding which is to be supplied with electric current. For this purpose, slip rings 4 and 5 provided on which brushes 6 and 7 , For example, carbon brushes, can run smoothly. The rotor is rotationally fixed on the rotor shaft 2 fastened while the brushes 6 and 7 stationary in the housing. The slip rings 4 and 5 and the brushes 6 and 7 form a slip ring unit 8th , Furthermore, a Drehwinkelgeberrad 9 provided, which by means of a retaining pin 10 on the rotor shaft 2 is rotatably attached. The rotary encoder wheel 9 is part of a rotary encoder 11 , which next to the Drehwinkelgeberrad 9 having a not shown with respect to the housing fixed rotational angle sensor. Using the rotary encoder 11 can the angle of rotation or at least one rotational angle difference of the rotor shaft 2 be determined.

Das Drehwinkelgeberrad 9 ist in axialer Richtung (bezüglich einer Drehachse 12 der Rotorwelle 2) von einer dem Drehwinkelgeberrad 9 zugewandten Stirnseite 13 der Rotorwelle 2 angeordnet. Das Drehwinkelgeberrad 9 besteht beispielsweise aus einem Magnetmaterial, insbesondere einem Magnetverbundmaterial. Letzteres weist neben einem Trägermaterial, beispielsweise Kunststoff, ein magnetisches oder zumindest magnetisierbares Material, beispielsweise Eisen, auf. Der Haltestift 10 ist beispielsweise aus Metall. Das Drehwinkelgeberrad 9 wird beispielsweise an den Haltestift 10 angespritzt beziehungsweise dieser mit dem Magnetmaterial des Drehwinkelgeberrads 9 umspritzt. Eine in radialer Richtung außenliegende Umfangsfläche des Drehwinkelgeberrads 9 ist bevorzugt rund, insbesondere kreisrund, sodass das Drehwinkelgeberrad 9 im Wesentlichen zylindrisch geformt ist. The rotary encoder wheel 9 is in the axial direction (with respect to a rotation axis 12 the rotor shaft 2 ) from a Drehwinkelgeberrad 9 facing end face 13 the rotor shaft 2 arranged. The rotary encoder wheel 9 For example, it consists of a magnetic material, in particular a magnetic composite material. The latter has, in addition to a carrier material, for example plastic, a magnetic or at least magnetizable material, for example iron. The retaining pin 10 is for example made of metal. The rotary encoder wheel 9 for example, to the retaining pin 10 molded or this with the magnetic material of the Drehwinkelgeberrads 9 molded. A peripheral circumferential surface of the Drehwinkelgeberrads in the radial direction 9 is preferably round, in particular circular, so that the Drehwinkelgeberrad 9 is substantially cylindrically shaped.

Um eine Kühlung der Schleifringeinheit 8 und/oder des Drehwinkelgebers 11 zu erzielen, ist dem Drehwinkelgeberrad 9 ein Lüfterrad 14 zugeordnet, das über mehrere Lüfterschaufeln 15 verfügt. Diese sind bevorzugt über den Umfang des Lüfterrads 14 gleichmäßig verteilt angeordnet. Es ist nun vorgesehen, dass das Lüfterrad 14 das Drehwinkelgeberrad 9 wenigstens bereichsweise in Umfangsrichtung umgreift. Entsprechend sind die Lüfterschaufeln 15 ebenfalls in Umfangsrichtung wenigstens bereichsweise um das Drehwinkelgeberrad 9 herum angeordnet. In dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Lüfterrad 14 und mithin die Lüfterschaufeln 15 von dem Drehwinkelgeberrad 9 ausgebildet, bestehen also mithin aus dem Magnetmaterial. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine wird somit das Lüfterrad 14 von dem Drehwinkelgeberrad unmittelbar angetrieben. Das bedeutet, dass ein Drehmoment der Rotorwelle 2 über den Haltestift 10 und das Drehwinkelgeberrad 9 an das Lüfterrad 14 übertragen wird. Durch die Drehbewegung des Lüfterrads 14 während des Betriebs der elektrischen Maschine 1 wird ein Luftstrom erzielt, welcher durch die Pfeile 16 angedeutet ist.To cool the slip ring unit 8th and / or the rotary encoder 11 to achieve is the Drehwinkelgeberrad 9 a fan 14 assigned that over several fan blades 15 features. These are preferably over the circumference of the fan 14 arranged evenly distributed. It is now envisaged that the fan wheel 14 the Drehwinkelgeberrad 9 surrounds at least partially in the circumferential direction. Accordingly, the fan blades 15 also in the circumferential direction at least partially around the Drehwinkelgeberrad 9 arranged around. In the in the 1 illustrated embodiment are the fan 14 and therefore the fan blades 15 from the Drehwinkelgeberrad 9 trained, therefore, therefore consist of the Magnetic material. In an operation of the electric machine is thus the fan 14 directly driven by the Drehwinkelgeberrad. That means a torque of the rotor shaft 2 over the retaining pin 10 and the rotary encoder wheel 9 to the fan 14 is transmitted. By the rotation of the fan 14 during operation of the electric machine 1 an air flow is achieved, which is indicated by the arrows 16 is indicated.

Der Luftstrom gelangt durch wenigstens eine Eintrittsöffnung 17 von einer Umgebung der elektrischen Maschine 1 in das Gehäuse hinein. Nachfolgend durchströmt es einen Innenraum der elektrischen Maschine 1 und überströmt dabei insbesondere thermisch hochbelastete Bereiche. Zu letzteren zählt beispielsweise die Schleifringeinheit 8, jedoch auch der Drehwinkelgeber 11, insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine 1. Sind mehrere Eintrittsöffnungen 17 vorgesehen, so sind diese bevorzugt gleichmäßig um die Drehachse 12 der Rotorwelle 2 herum angeordnet. In der Eintrittsöffnung 17 kann ein Filter 18 vorgesehen sein. Zusätzlich zu der Kühlung wird durch den Luftstrom verhindert, dass sich Verschmutzungen, insbesondere Staubpartikel, auf dem Drehwinkelgeberrad 9 und/oder in der Schleifringeinheit 8 absetzen können. Dieser Reinigungseffekt wird durch den Filter 18 noch verbessert. The air flow passes through at least one inlet opening 17 from an environment of the electric machine 1 into the case. Subsequently, it flows through an interior of the electric machine 1 and overflows in particular thermally highly stressed areas. The latter includes, for example, the slip ring unit 8th , but also the rotary encoder 11 , especially at high speeds of the electric machine 1 , Are several inlet openings 17 provided, they are preferably evenly about the axis of rotation 12 the rotor shaft 2 arranged around. In the entrance opening 17 can be a filter 18 be provided. In addition to the cooling is prevented by the air flow that dirt, especially dust particles on the Drehwinkelgeberrad 9 and / or in the slip ring unit 8th can settle. This cleaning effect is through the filter 18 even better.

Die 2A zeigt eine Frontalansicht des Drehwinkelgeberrads 9 mitsamt dem von diesem ausgebildeten Lüfterrad 14. In dem Magnetmaterial des Drehwinkelgeberrads 9 sind Flächen 19 ausgebildet, wobei dies beispielsweise durch Bearbeitung mit einem zylindrischen Fräswerkzeug oder durch entsprechende Formgebung eines Spritzgießwerkzeugs, mit welchem das Drehwinkelgeberrad 9 hergestellt wird, erfolgt. Die Flächen 19 sind eben und verlaufen in einem Abstand d parallel zueinander. Die Lüfterschaufeln 15 werden von gekrümmten Flächen 20 gebildet, welche eine Krümmung mit dem Radius R aufweisen. Dieser Radius R ist in der Längsschnittdarstellung der 2B deutlich zu erkennen. The 2A shows a frontal view of the Drehwinkelgeberrads 9 together with the fan formed by this 14 , In the magnetic material of the Drehwinkelgeberrads 9 are surfaces 19 formed, for example, by machining with a cylindrical milling tool or by appropriate shaping of an injection mold, with which the Drehwinkelgeberrad 9 is made takes place. The surfaces 19 are flat and run parallel to each other at a distance d. The fan blades 15 be of curved surfaces 20 formed, which have a curvature with the radius R. This radius R is in the longitudinal sectional view of 2 B clearly visible.

Die 3A zeigt das Drehwinkelgeberrads 9 in einer zweiten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. Bei dieser ist das Lüfterrad 14 separat von dem Drehwinkelgeberrad 9 ausgebildet, besteht also nicht aus dem Magnetmaterial. Vielmehr sind zur Ausbildung des Lüfterrads 14 stegartige Elemente 21 vorgesehen, welche an einem Außenumfang des Drehwinkelgeberrads 9 angeordnet sind. Die Elemente 21 sind bezüglich der Drehachse 12 um den Winkel α schräg angestellt und bilden entsprechend die Lüfterschaufeln 15 aus. In der 3B ist für diese Ausführungsform schließlich zu erkennen, dass die stegartigen Elemente 21 in radialer Richtung eine Höhe h und in Umfangsrichtung eine Breite b aufweisen. Die Höhe h und/oder die Breite b bleiben dabei bevorzugt in axialer Richtung konstant. Die Höhe h und die Breite b können entsprechend den Anforderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Strömungstechnik bestimmt werden. Selbstverständlich ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei welcher die Höhe h und/oder die Breite b in Abhängigkeit von der Axialposition gewählt sind.The 3A shows the Drehwinkelgeberrads 9 in a second embodiment of the electric machine 1 , In this is the fan 14 separately from the Drehwinkelgeberrad 9 formed, so it is not made of the magnetic material. Rather, to form the fan 14 web-like elements 21 provided, which on an outer periphery of the Drehwinkelgeberrads 9 are arranged. The Elements 21 are with respect to the axis of rotation 12 tilted by the angle α and form the fan blades accordingly 15 out. In the 3B Finally, it can be seen for this embodiment that the web-like elements 21 have a height h in the radial direction and a width b in the circumferential direction. The height h and / or the width b preferably remain constant in the axial direction. The height h and the width b can be determined according to the requirements of mechanical strength and flow technology. Of course, an embodiment can be realized in which the height h and / or the width b are selected as a function of the axial position.

Die 4A zeigt das Drehwinkelgeberrads 9 in einer dritten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. Dieses besteht dabei aus einem Käfigelement 22 und einem hier nicht zu erkennenden Magnetelement 23, welches in einer radial innenliegenden Aufnahme 24 (hier ebenfalls nicht zu erkennen) des Käfigelements 22 beziehungsweise des Lüfterrads 14 angeordnet ist. Das Käfigelement 22 besteht beispielsweise aus Metall oder einem Kunststoff. Es weist einen hohlzylinderförmigen Grundkörper 25 auf, der auf seiner radial innenliegenden Seite die Aufnahme 24 begrenzt und an dessen in radialer Richtung außenliegenden Seite die vorstehend bereits beschriebenen Elemente 21 angeordnet oder einstückig mit dem Grundkörper 25 ausgebildet sind. In der 4B ist eine Draufsicht auf das Drehwinkelgeberrad 9 dargestellt. Die Elemente 21 weisen analog zu der anhand der 3B beschriebenen zweiten Ausführungsform die Höhe h und die Breite b auf und sind um den Winkel α gegenüber der Drehachse 12 angestellt. The 4A shows the Drehwinkelgeberrads 9 in a third embodiment of the electrical machine 1 , This consists of a cage element 22 and a magnetic element not to be recognized here 23 , which in a radially inward recording 24 (also not visible here) of the cage element 22 or the fan 14 is arranged. The cage element 22 consists for example of metal or a plastic. It has a hollow cylindrical body 25 on, the recording on its radially inner side 24 limited and at its radially outward side the elements already described above 21 arranged or integral with the body 25 are formed. In the 4B is a plan view of the Drehwinkelgeberrad 9 shown. The Elements 21 have analogous to the basis of 3B described second height, the height h and the width b and are at the angle α with respect to the axis of rotation 12 hired.

Die 5A zeigt das Drehwinkelgeberrad 9 in einer vierten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. In dieser ist das Lüfterrad 14 nicht unmittelbar an dem Drehwinkelgeberrad 9, sondern vielmehr unmittelbar an dem Haltestift 10 drehfest befestigt. Es wird deutlich, dass das Lüfterrad 14 aus dem Grundkörper 25 und den Lüfterschaufeln 15 besteht, wobei letztere über den Grundkörper 25 drehfest mit dem Haltestift 10 verbunden sind. Die Lüfterschaufeln 15 befinden sich – in axialer Richtung gesehen – wenigstens teilweise im Bereich des Drehwinkelgeberrads 9, umgreifen dieses also zumindest abschnittsweise. Die 5B zeigt eine alternative Ansicht der vierten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. The 5A shows the Drehwinkelgeberrad 9 in a fourth embodiment of the electrical machine 1 , In this is the fan 14 not directly on the Drehwinkelgeberrad 9 but rather directly on the retaining pin 10 secured against rotation. It becomes clear that the fan wheel 14 from the main body 25 and the fan blades 15 the latter being above the main body 25 rotatably with the retaining pin 10 are connected. The fan blades 15 are - seen in the axial direction - at least partially in the range of Drehwinkelgeberrads 9 , embrace this so at least in sections. The 5B shows an alternative view of the fourth embodiment of the electric machine 1 ,

Die 6A zeigt eine fünfte Ausführungsform der elektrischen Maschine 1, wobei hier das Lüfterrad 14 unmittelbar an der Rotorwelle 2 drehfest befestigt ist. Das bedeutet, dass sich das Lüfterrad 14, insbesondere dessen Grundkörper 25, ausgehend von einem Befestigungspunkt auf der Rotorwelle 2 bis hin zu dem Drehwinkelgeberrad 9 erstreckt. Dabei ist es ausschließlich an der Rotorwelle 2 befestigt, steht also nicht mit dem Haltestift 10 und/oder dem Drehwinkelgeberrad 9 unmittelbar in Verbindung. Gleichwohl kann ein Abstützen des Lüfterrads 14 in radialer Richtung an dem Haltestift 10 und/oder dem Drehwinkelgeberrad vorgesehen sein. Die 6B zeigt eine alternative Ansicht der fünften Ausführungsform. The 6A shows a fifth embodiment of the electric machine 1 , where here the fan 14 directly on the rotor shaft 2 is rotatably attached. That means the fan wheel 14 , in particular its basic body 25 , starting from an attachment point on the rotor shaft 2 up to the Drehwinkelgeberrad 9 extends. It is exclusively on the rotor shaft 2 attached, so does not stand with the retaining pin 10 and / or the Drehwinkelgeberrad 9 directly in contact. Nevertheless, a support of the fan wheel 14 in the radial direction on the retaining pin 10 and / or the Drehwinkelgeberrad be provided. The 6B shows an alternative view of the fifth embodiment.

Die 7 zeigt eine Längsschnittdarstellung der elektrischen Maschine 1 in einer sechsten Ausführungsform, wobei hier das Lüfterrad 14 unmittelbar und ausschließlich an der Schleifringeinheit 8, insbesondere einem Schleifringelement 26, befestigt ist. Das Schleifringelement 26 ist auf der Rotorwelle 2 angeordnet und umgreift diese in Umfangsrichtung vollständig. The 7 shows a longitudinal sectional view of the electric machine 1 in a sixth embodiment, wherein here the fan 14 directly and exclusively on the slip ring unit 8th , in particular a slip ring element 26 , is attached. The slip ring element 26 is on the rotor shaft 2 arranged and surrounds these completely in the circumferential direction.

Insbesondere ist das Schleifringelement 26 zum Aufschieben auf die Rotorwelle 2 ausgebildet. Das Schleifringelement 26 weist wenigstens einen Schleifring 4 beziehungsweise 5, vorzugsweise alle Schleifringe 4 und 5, der elektrischen Maschine 1 auf. Wie bereits vorstehend erläutert, erstreckt sich der Grundkörper 25 des Lüfterrads 14 in axialer Richtung bezüglich der Drehachse 12 bis über die Stirnseite 13 der Rotorwelle 2 hinaus, sodass das Drehwinkelgeberrad 9 wenigstens bereichsweise in Umfangsrichtung von dem Lüfterrad 14, insbesondere dem Grundkörper 25 und/oder den Lüfterschaufeln 15, umgriffen ist. In particular, the slip ring element 26 for sliding onto the rotor shaft 2 educated. The slip ring element 26 has at least one slip ring 4 respectively 5 , preferably all slip rings 4 and 5 , the electric machine 1 on. As already explained above, the main body extends 25 of the fan wheel 14 in the axial direction with respect to the axis of rotation 12 over the front 13 the rotor shaft 2 out so that the Drehwinkelgeberrad 9 at least partially in the circumferential direction of the fan 14 , in particular the main body 25 and / or the fan blades 15 , is embraced.

Die 8 zeigt einen Bereich des Schleifringelements 26, wobei die beiden in axialer Richtung voneinander beabstandeten Schleifringe 4 und 5 zu erkennen sind. Bevorzugt liegen das Lüfterrad 14 und das Schleifringelement 26 als Baueinheit vor und werden dazu beispielsweise in einem gemeinsamen Herstellungsschritt, insbesondere durch Spritzgießen, hergestellt. Das hier dargestellte Schleifringelement 26 ist teilweise aufgeschnitten dargestellt, sodass auch die Rotorwelle 2 der elektrischen Maschine 1 zu erkennen ist. The 8th shows a portion of the slip ring element 26 wherein the two axially spaced apart slip rings 4 and 5 can be seen. Preferably, the fan are 14 and the slip ring element 26 as a unit before and are, for example, in a common manufacturing step, in particular by injection molding, produced. The slip ring element shown here 26 is shown partially cut open, so that the rotor shaft 2 the electric machine 1 can be seen.

Die 9 zeigt schließlich das Lüfterrad 14 einer siebten Ausführungsform der elektrischen Maschine 1. Bei dieser ist das Lüfterrad 14, welches hier als Radiallüfterrad ausgebildet ist, wie bereits vorstehend beschrieben, auf dem Schleifringelement 26 angeordnet. Dabei ist das Lüfterrad 14 jedoch in axialer Richtung beabstandet von dem Drehwinkelgeberrad 9 vorgesehen. Diese Variante ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Alternativ kann das Lüfterrad 14 auch an einem Lagersitz des Lagers 3 befestigt sein. Das Lager 3 ist beispielsweise als Kugellager ausgebildet. The 9 finally shows the fan 14 a seventh embodiment of the electric machine 1 , In this is the fan 14 , which is designed here as a radial fan, as already described above, on the slip ring element 26 arranged. Here is the fan 14 but spaced in the axial direction of the Drehwinkelgeberrad 9 intended. This variant is particularly simple and inexpensive to produce. Alternatively, the fan wheel 14 also at a bearing seat of the camp 3 be attached. The warehouse 3 is designed for example as a ball bearing.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19807708 A1 [0003]

Claims

Electric machine ( 1 ), with a rotor shaft ( 2 ) and with a rotary encoder ( 11 ), which rotates with the rotor shaft ( 2 ) Actively connected rotary encoder wheel ( 9 ), characterized in that the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) a multiple fan blades ( 15 ) having fan ( 14 ) associated with the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) surrounds at least partially in the circumferential direction.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the Drehwinkelgeberrad ( 9 ), in particular in the axial direction spaced, to a front side ( 13 ) of the rotor shaft ( 2 ) is arranged.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) by means of a in the front side ( 13 ) of the rotor shaft ( 13 ) engaging retaining pin ( 10 ) on the rotor shaft ( 2 ) is attached.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fan wheel ( 14 ) from the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) is formed or attached directly to it.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fan wheel ( 14 ) directly on the retaining pin ( 10 ) and / or directly on the rotor shaft ( 2 ) is attached.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) at least partially consists of a magnetic material, wherein the fan blades ( 15 ) are formed by the magnetic material or attached thereto.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) a cage element ( 22 ) and one of the cage element ( 22 ), consisting of the magnetic material magnetic element ( 23 ) and the fan ( 14 ) of the cage element ( 22 ) is trained.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fan wheel ( 14 ) one with respect to the fan blades ( 15 ) radially inner receptacle ( 24 ) for the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) having.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fan wheel ( 14 ) is designed as an axial fan or as a radial fan.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that one of the fan wheel ( 14 ) generated air stream the Drehwinkelgeberrad ( 9 ) and / or at least one slip ring ( 4 . 5 ) of the electric machine ( 1 ) overflowed.