DE102015205028A1

DE102015205028A1 - Electric machine and contact arrangement for it

Info

Publication number: DE102015205028A1
Application number: DE102015205028.9A
Authority: DE
Inventors: Jan-Ulrich Biskup; Reinhard Müller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Um bei einer elektrischen Maschine (100), bei der durch Ströme in einem Stator (111) Störspannungen in einem mit einem elektrisch leitenden Material ausgebildeten Rotor (102) hervorgerufen werden, ein sicheres, von Betriebsparametern, wie insbesondere Drehzahl oder Temperatur, unabhängiges Mittel zur Unterdrückung dieser Störspannungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, bei der elektrischen Maschine (100), bei der der Rotor (102) über wenigstens ein Lagerelement (105) beweglich an wenigstens einem ein elektrisch leitendes Material umfassenden Stützelement (106) gelagert ist und wobei das elektrisch leitende Material des wenigstens einen Stützelements (106) mit einem ein elektrisches Massepotential führenden Element elektrisch leitend verbindbar ist, eine elektrische Kontaktanordnung (200) vorzusehen zum beweglichen elektrischen niederimpedanten Verbinden des Rotors (102) mit dem wenigstens einen Stützelement (106) für ein Kurzschließen elektrischer Störspannungen und Ableiten elektrischer Störströme vom Rotor (102) an das Massepotential.In an electrical machine (100) in which are caused by currents in a stator (111) interference voltages in a formed with an electrically conductive material rotor (102), a safe, of operating parameters, in particular speed or temperature, independent means for Suppression of these interference voltages is proposed, in the electric machine (100), in which the rotor (102) via at least one bearing element (105) is movably mounted on at least one electrically conductive material comprising a supporting element (106) and wherein the electrically conductive material of the at least one support element (106) is electrically conductively connectable to a member carrying an electrical ground potential to provide an electrical contact assembly (200) for movably electrically connecting the rotor (102) to the at least one support member (106) for shorting electrical Interference voltages and rejection n electrical interference currents from the rotor (102) to the ground potential.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kontaktanordnung für eine elektrische Maschine. The invention relates to an electrical machine. The invention further relates to a contact arrangement for an electrical machine.

Stand der Technik State of the art

Schaltungsanordnungen zum Speisen elektrischer Maschinen, insbesondere Pulswechselrichter, sind in der Regel zum Liefern steilflankiger Speisespannungen ausgebildet, die große Oberschwingungsanteile hoher Frequenzen aufweisen. Durch diese Oberschwingungsanteile können hochfrequente elektromagnetische Felder verursacht werden, die von der elektrischen Maschine abgestrahlt werden und einen Betrieb benachbarter elektrischer oder elektronischer Geräte beeinträchtigen können. Ist eine solche elektrische Maschine in einem Kraftfahrzeug angeordnet, z.B. in einem Traktionsantrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, können die hochfrequenten Störspannungen insbesondere von Statorwicklungen über einem Rotor der elektrischen Maschine und damit elektrisch leitfähig verbundenen, weiteren Konstruktionselementen, z.B. Elementen des Traktionsantriebs, z.B. Gelenkwellen, elektromagnetische Felder aufbauen und abstrahlen, und dadurch können andere elektronische Einrichtungen des Kraftfahrzeugs gestört werden. Circuit arrangements for supplying electrical machines, in particular pulse-controlled inverters, are generally designed to supply steep-line supply voltages which have large harmonic components of high frequencies. These harmonic components can cause high-frequency electromagnetic fields which are radiated from the electrical machine and can affect the operation of adjacent electrical or electronic equipment. If such an electric machine is arranged in a motor vehicle, e.g. In a traction drive of an electric or hybrid vehicle, the high-frequency interference voltages, in particular of stator windings on a rotor of the electric machine and thus electrically conductively connected, further construction elements, e.g. Elements of the traction drive, e.g. Propeller shafts, electromagnetic fields build up and radiate, and thereby other electronic devices of the motor vehicle can be disturbed.

Bei einem in einem Gehäuse durch mechanische Lager aus elektrisch leitfähigen Werkstoffen, insbesondere Wälzlager wie z.B. Kugellager, geführten Rotor besteht im Stillstand der elektrischen Maschine ein Kurzschluss zwischen Rotor und Gehäuse, d.h. Fahrzeugmasse. Sobald der Traktionsantrieb sich zu drehen beginnt und sich in den Lagern zwischen gegeneinander drehenden Lagerteilen eine Schmiermittelschicht aufbaut, ist der Kurzschluss, der im Stillstand des Motors zwischen den Lagerteilen und damit zwischen Rotor und Gehäuse gebildet ist, aufgehoben, da die in aller Regel verwendeten Schmiermittel isolierende Eigenschaften haben. Bei einem Kugellager z.B. schwimmen die Kugeln in den Kugellagern auf dem Schmiermittel auf, und der Kurzschluss, den die Kugeln des Lagers im Stillstand des Motors zwischen Innenschale und Außenschale des Lagers bilden, ist aufgehoben. Damit können sich Störspannungen zwischen den Lagerteilen aufbauen, da die resultierenden Störströme nicht mehr niederimpedant über die Lager an das Gehäuse abgeleitet bzw. über das Gehäuse gegen Fahrzeugmasse kurzgeschlossen werden. Diese Effekte sind insbesondere drehzahl- und temperaturabhängig. Auf Grund der sehr geringen Schichtdicken des Schmiermittels entstehen dann bei jeder Schaltflanke des Pulswechselrichters hohe elektrische Feldstärken zwischen den Lagerteilen, z.B. den Kugeln und Laufflächen in Innen- und Außenschalen der Lager, und es erfolgen funkenartige elektrische Entladungen durch das Schmiermittel hindurch, die neben einer Schädigung z.B. der Kugeln und Laufflächen auch hochfrequente elektromagnetische Emissionen verursachen, die Insbesondere Störungen beim Mittelwellenempfang eines Fahrzeug-Rundfunkempfängers hervorrufen und gesetzlich vorgeschriebene Grenzwerte übersteigen können. In a case in a housing by mechanical bearings of electrically conductive materials, in particular rolling bearings such. Ball bearing, guided rotor is at standstill of the electric machine, a short circuit between the rotor and housing, i. Vehicle mass. As soon as the traction drive begins to rotate and builds up a layer of lubricant in the bearings between mutually rotating bearing parts, the short circuit that is formed at standstill of the motor between the bearing parts and thus between the rotor and housing, repealed, since the lubricant used in most cases have insulating properties. In a ball bearing e.g. The balls in the ball bearings float on the lubricant, and the short circuit which the balls of the bearing form between the inner shell and outer shell of the bearing when the motor is at a standstill is canceled. This interference voltages can build up between the bearing parts, since the resulting interference currents are no longer derived low-impedance via the bearings to the housing or short-circuited via the housing to vehicle ground. These effects are particularly speed and temperature dependent. Due to the very low layer thicknesses of the lubricant, high electrical field strengths then occur between the bearing parts, for example at each switching edge of the pulse-controlled inverter. the balls and raceways in the inner and outer shells of the bearings, and spark-like electrical discharges pass through the lubricant which, in addition to damage e.g. The balls and treads also cause high-frequency electromagnetic emissions, in particular, may cause interference in the medium wave reception of a vehicle radio receiver and may exceed statutory limits.

Zwar könnten insbesondere Kugellager mit leitfähigen Schmiermitteln ausgestattet werden. Die reibungstechnischen und elektrischen Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen, erfordert jedoch Kompromisse bei der Wahl und Zusammensetzung der Schmiermittel, die zu unbefriedigenden Ergebnissen führen. Although in particular ball bearings could be equipped with conductive lubricants. To meet the friction and electrical requirements simultaneously, however, compromises in the choice and composition of the lubricants, which lead to unsatisfactory results.

Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile DESCRIPTION OF THE INVENTION: Problem, Solution, Advantages

Die Erfindung hat die Aufgabe, bei einer elektrischen Maschine der beschriebenen Art ein wartungsfreies und sicheres, von Betriebsparametern, wie insbesondere Drehzahl oder Temperatur, unabhängiges Mittel zur Unterdrückung der vorbeschriebenen Störspannungen zu schaffen. The invention has the object to provide an electrical machine of the type described maintenance-free and safe, independent of operating parameters, such as in particular speed or temperature, independent means for suppressing the above-mentioned interference voltages.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, bei der ein mit einem elektrisch leitenden Material ausgebildeter Rotor über wenigstens ein Lagerelement beweglich an wenigstens einem ein elektrisch leitendes Material umfassenden Stützelement gelagert ist, wobei das elektrisch leitende Material des wenigstens einen Stützelements mit einem ein elektrisches Massepotential führenden Element elektrisch leitend verbindbar ist und wobei eine elektrische Kontaktanordnung vorgesehen ist zum beweglichen niederimpedanten elektrischen Verbinden des Rotors mit dem wenigstens einen Stützelement für ein Ableiten elektrischer Störspannungen vom Rotor an das Massepotential. This object is achieved by an electric machine in which a rotor formed with an electrically conductive material is mounted movably on at least one support element comprising an electrically conductive material via at least one bearing element, the electrically conductive material of the at least one support element having an electrical ground potential leading element is electrically conductively connected and wherein an electrical contact arrangement is provided for the movable low-impedance electrical connection of the rotor with the at least one support element for deriving electrical interference voltages from the rotor to the ground potential.

Die erfindungsgemäß ausgebildete elektrische Maschine umfasst den Stator, in dem der Rotor durch das wenigstens eine Lagerelement beweglich, insbesondere drehbar, an dem wenigstens einen Stützelement gelagert angeordnet ist. Der Rotor und das wenigstens eine Stützelement sind teilweise oder vollständig mit einem elektrisch leitenden Material, insbesondere Metall wie z.B. einem Stahl oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet, bzw. der Rotor und das wenigstens eine Stützelement enthalten einen Leiter aus einem oder mehreren derartiger Materialien. Dadurch sind der Rotor und das wenigstens eine Stützelement insbesondere für durch vom Stator herrührende bzw. in dessen Wicklungen eingespeiste elektrische Störspannungen hervorgerufene elektrische Störströme leitfähig. Insbesondere umfasst dabei der Rotor ein wenigstens teilweise mit elektrisch leitfähigem Material ausgebildetes Rotorträgerelement, welches über das wenigstens eine Lagerelement beweglich, insbesondere drehbar, an dem wenigstens einen Stützelement gelagert ist, sowie eine Magnetanordnung, die in unterschiedlichster Weise gestaltet sein kann, z.B. mit Permanentmagneten oder einem elektrisch leitenden Läuferkäfig, eingebettet in magnetisierbaren Werkstoff, und die ebenfalls wenigstens teilweise elektrisch leitfähig ist. Das Rotorträgerelement kann auf unterschiedlichste Weise gestaltet sein und z.B. eine zentrale Welle umfassen, mittels derer der Rotor über das wenigstens eine Lagerelement drehbar am wenigstens einen Stützelement gelagert ist, wobei das wenigstens eine Lagerelement und das wenigstens eine Stützelement die Welle wenigstens teilweise umschließen. Dabei ist z.B. jedes Stützelement als Lagerbock ausgebildet, in dem die Welle durch ein z.B. als Wälz- oder Gleitlager ausgebildetes Lagerelement gelagert ist. Wahlweise kann das Rotorträgerelement hohlwellenartig ausgeformt sein und das wenigstens eine Stützelement sowie das wenigstens eine, z.B. als Wälz- oder Gleitlager ausgebildete, Lagerelement wenigstens teilweise umschließen, wobei insbesondere das wenigstens eine Stützelement wenigstens teilweise in die hohlwellenartige Ausformung des Rotorträgerelements hineinragt. The inventively embodied electric machine comprises the stator, in which the rotor by the at least one bearing element movable, in particular rotatable, is mounted on the at least one support element. The rotor and the at least one support element are partially or completely formed with an electrically conductive material, in particular metal such as a steel or an aluminum alloy, or the rotor and the at least one support member containing a conductor of one or more such materials. As a result, the rotor and the at least one support element are conductive, in particular for electrical interference currents caused by electrical interference voltages originating from the stator or fed into its windings. In particular, the rotor comprises an at least partially formed with electrically conductive material Rotor support member, which is mounted on the at least one bearing element movable, in particular rotatable, on the at least one support element, and a magnet arrangement which can be designed in different ways, eg with permanent magnets or an electrically conductive rotor cage, embedded in magnetizable material, and also at least partially electrically conductive. The rotor carrier element can be designed in many different ways and include, for example, a central shaft, by means of which the rotor is rotatably mounted on the at least one bearing element on at least one support element, wherein the at least one bearing element and the at least one support element enclose the shaft at least partially. In this case, for example, each support element is designed as a bearing block, in which the shaft is mounted by a trained example as rolling or sliding bearing element. Optionally, the rotor support member may be formed like a hollow shaft and the at least one support member and the at least one, for example formed as rolling or sliding bearing, at least partially enclose, in particular the at least one support member at least partially protrudes into the hollow shaft-like shape of the rotor support member.

Um zu verhindern, dass die beschriebenen Störströme vom Rotor unkontrolliert z.B. über die zentrale Welle abfließen oder als elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden und damit elektromagnetische Störungen außerhalb der elektrischen Maschine verursachen können, ist ein Ableiten bzw. Kurzschließen der Störströme an ein elektrisches Massepotential gewünscht. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß die elektrische Kontaktanordnung vorgesehen, durch die eine elektrisch leitende niederimpedante Verbindung zwischen dem Rotor, insbesondere dem elektrisch leitfähigen Material des Rotorträgerelements, und dem elektrisch leitenden Material des wenigstens einen Stützelements hergestellt ist. Die Kontaktanordnung und damit die durch sie gebildete elektrisch leitende niederimpedante Verbindung ist beweglich ausgeführt, da der Rotor gegenüber dem wenigstens einen Stützelement drehbar angeordnet ist. Die Kontaktanordnung ist in der Weise angeordnet, dass durch sie das wenigstens eine Lagerelement elektrisch leitend niederimpedant überbrückt ist, und dient damit dem Kurzschließen bzw. Ableiten der beschriebenen Störströme an Massepotential, wobei diese Störströme vom wenigstens einen Lagerelement ferngehalten werden, so dass dessen schwankende und unbestimmte elektrische Leitfähigkeit keinen Einfluss auf das Ableiten der Störströme ausüben kann. Dabei sind Konstruktionselemente, die in dem wenigstens einen Lagerelement mechanische Lagerkräfte aufnehmen bzw. vom Rotor an das wenigstens eine Stützelement übertragen, bewusst von denjenigen Konstruktionselementen der Kontaktanordnung getrennt ausgebildet, durch die ein Ableiten der Störströme vorgesehen ist. To prevent the described parasitic currents from being uncontrolled by the rotor, e.g. via the central shaft flow or be emitted as electromagnetic waves and thus cause electromagnetic interference outside the electrical machine, a deriving or short-circuiting the interference currents to an electrical ground potential is desired. For this purpose, the invention provides the electrical contact arrangement, by which an electrically conductive low-impedance connection between the rotor, in particular the electrically conductive material of the rotor carrier element, and the electrically conductive material of the at least one support element is made. The contact arrangement and thus the electrically conductive low-impedance connection formed by it is designed to be movable, since the rotor is arranged rotatably relative to the at least one support element. The contact arrangement is arranged in such a way that the at least one bearing element is bridged electrically low-impedance through them, and thus serves the short circuiting or deriving the interference currents described at ground potential, these interference currents are kept away from at least one bearing element, so that its fluctuating and indefinite electrical conductivity can exert no influence on the dissipation of interference currents. In this case, design elements which receive mechanical bearing forces in the at least one bearing element or transmit from the rotor to the at least one support element are deliberately separated from those design elements of the contact arrangement by which a discharge of the interference currents is provided.

Die Erfindung ermöglicht eine sichere und zuverlässige Unterdrückung einer Abstrahlung von im Betrieb der elektrischen Maschine verursachten Störfeldern. Die erfindungsgemäße Anordnung ist einfach aufgebaut, kostengünstig, raumsparend und wartungsfrei. The invention enables a safe and reliable suppression of radiation from interference fields caused during operation of the electrical machine. The inventive arrangement is simple, inexpensive, space-saving and maintenance-free.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine weist die Kontaktanordnung einen wenigstens nahezu schwankungsfreien, d.h. dauerhaft gleichbleibenden bzw. zeitlich konstanten und niederimpedanten, Kontaktwiderstand auf. Einer im Betrieb an diesem wenigstens nahezu konstanten Kontaktwiderstand durch einen Störstrom hervorgerufenen Spannung würde durch Schwankungen des Kontaktwiderstands zusätzliche Schwankungen und damit zusätzliche Störungen aufmoduliert. Derartige Störungen werden durch die vorbeschriebene Weiterbildung zuverlässig unterdrückt. Auf Grund des niederimpedanten Strompfades durch den Kontaktwiderstand kann sich keine kritische Störspannung zwischen dem Rotor und dem wenigstens einen Stützelement mehr aufbauen. According to a preferred embodiment of the electric machine according to the invention, the contact arrangement has an at least almost fluctuation-free, i. Permanently constant or constant in time and low impedance, contact resistance. A voltage produced by a noise current during operation at this at least approximately constant contact resistance would be modulated by fluctuations in the contact resistance additional fluctuations and thus additional disturbances. Such disorders are reliably suppressed by the above-described development. Due to the low-impedance current path through the contact resistance, no critical interference voltage between the rotor and the at least one support element can build up more.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist die Kontaktanordnung mit einem elektrisch leitenden, niederimpedanten, beweglich formbaren Kontaktwerkstoff, insbesondere einem elektrisch leitenden Fluid und/oder einem leitfähigen Feststoff, bevorzugt einem wenigstens weitgehend pulverförmigen Feststoff, ausgebildet, wobei der elektrisch leitende niederimpedante Kontaktwerkstoff einen Raumbereich zwischen wenigstens zwei elektrisch leitenden Kontaktelementen wenigstens teilweise ausfüllt, von denen wenigstens ein erstes mit dem Rotor und wenigstens ein zweites mit dem wenigstens einen Stützelement elektrisch leitend verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform der Kontaktanordnung bilden die bevorzugt mit einem metallischen Werkstoff ausgebildeten, elektrisch leitenden Kontaktelemente eine wenigstens weitgehend geschlossene, starre Berandung des Raumbereichs, in dem der elektrisch leitende, niederimpedante, beweglich formbare Kontaktwerkstoff eingeschlossen ist, und dienen dabei zugleich einer elektrischen Kontaktierung des elektrisch leitenden, niederimpedanten, beweglich formbaren Kontaktwerkstoffs, d.h. einer elektrisch leitenden Verbindung des elektrisch leitenden, niederimpedanten beweglich formbaren Kontaktwerkstoffs mit dem Rotor, z.B. dem Rotorträgerelement, einerseits und dem wenigstens einen Stützelement andererseits. Im Betrieb auftretende Bewegungen zwischen dem Rotor und dem wenigstens einen Stützelement werden somit von dem elektrisch leitenden, niederimpedanten, beweglich formbaren Kontaktwerkstoff aufgenommen bzw. führen zu einer – fortlaufenden – Verformung desselben, wobei die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen bzw. dem Rotor und dem wenigstens einen Stützelement über den elektrisch leitenden, niederimpedanten, beweglich formbaren Kontaktwerkstoff kontinuierlich gewahrt ist. Besonders bevorzugt ist der elektrisch leitende, niederimpedante, beweglich formbare Kontaktwerkstoff mit einem elektrisch leitenden Fluid ausgebildet, welches einfach, sicher und reibungsarm verformbar ist und zugleich einen dauerhaft guten elektrischen Kontakt zu den Kontaktelementen gewährleistet. Weiterhin vorteilhaft sind als elektrisch leitende, niederimpedante, beweglich formbare Kontaktwerkstoffe auch leitende Feststoffe in Pulverform einsetzbar, z.B. Graphitpulver oder dergleichen. In a further preferred embodiment of the electrical machine according to the invention, the contact arrangement is formed with an electrically conductive, low-impedance, moveable contact material, in particular an electrically conductive fluid and / or a conductive solid, preferably an at least substantially powdery solid, wherein the electrically conductive low-impedance contact material at least partially fills a space between at least two electrically conductive contact elements, of which at least a first with the rotor and at least a second electrically connected to the at least one support element. In this embodiment of the contact arrangement, preferably formed with a metallic material, electrically conductive contact elements form an at least substantially closed, rigid boundary of the space region in which the electrically conductive, low-impedance, moveable moldable contact material is included, and serve at the same time an electrical contact of the electrical conductive, niederimpedanten, movable moldable contact material, ie, an electrically conductive connection of the electrically conductive, low impedance movable moldable contact material with the rotor, for example, the rotor support member, on the one hand and the at least one support element on the other. During operation occurring movements between the rotor and the at least one support element are thus taken up by the electrically conductive, low-impedance, movably moldable contact material or lead to a - continuous - deformation of the same, wherein the electrical connection between the contact elements or the rotor and the at least one support element via the electrically conductive, niederimpedanten, movably moldable contact material is continuously maintained. Particularly preferably, the electrically conductive, low-impedance, movably moldable contact material is formed with an electrically conductive fluid which is simple, safe and low-friction deformable and at the same time ensures a permanently good electrical contact with the contact elements. Also advantageous as electrically conductive, low-impedance, moveable contact materials are conductive solids in powder form, for example graphite powder or the like.

Eine mit einem elektrisch leitenden, niederimpedanten, beweglich formbaren Kontaktwerkstoff, insbesondere einem elektrisch leitenden, niederimpedanten Fluid und/oder einem leitfähigen, niederimpedanten Feststoff, bevorzugt einem wenigstens weitgehend pulverförmigen Feststoff, ausgebildete Kontaktanordnung ermöglicht einen besonders schwankungsarmen bzw. schwankungsfreien Kontaktwiderstand und damit eine besonders wirksame Störunterdrückung. Eine solche Kontaktanordnung ist außerdem wenigstens nahezu verschleiß- und damit wartungsfrei und somit materialsparend und kostengünstig betreibbar. A contact arrangement formed with an electrically conductive, low-impedance, movably moldable contact material, in particular an electrically conductive, low-impedance fluid and / or a conductive, low-impedance solid, preferably an at least substantially powdery solid, enables a particularly low-fluctuation or fluctuation-free contact resistance and thus a particularly effective contact Suppression. Such a contact arrangement is also at least almost wear and thus maintenance-free and thus material-saving and inexpensive operable.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass aus der Druckschrift DE-AS 1 253 802 eine elektrische Unipolarmaschine mit einem Stator und einem mindestens zweifach gelagerten Rotor bekannt ist, dessen Lager eine elektrisch gut leitfähige Flüssigkeit enthalten und als Stromabnahmekollektoren vom Rotor zum Stator dienen. Als elektrisch leitende Flüssigkeit dienen Quecksilber, Natrium oder eine Mischung aus Natrium und Kalium. Sämtliche Kollektoren sind im wesentlichen in der gleichen radialen Ebene wie die sich gegenüberstehenden elektromagnetisch aktiven Flächen des Rotors und Stators angeordnet und als reine Flüssigkeitslager ausgebildet, indem die elektrisch leitfähige Lagerflüssigkeit den sich über den ganzen Umfang der Lager erstreckenden ringförmigen Zwischenraum als Flüssigkeitsschicht ausfüllt. Hierdurch bieten sich größere Flüssigkeitslagerflächen und Kollektorflächen an, da der Lagerdurchmesser im Wesentlichen dem Rotordurchmesser entspricht. Außerdem wird das Bürstenfeuer vollständig vermieden, so daß infolge des stark reduzierten elektrischen Übergangswiderstandes ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird. Außerdem wird die Lebensdauer und die erlaubte Drehzahl der Lager erhöht. Eine Störungsunterdrückung ist jedoch nicht genannt. Die Flüssigkeit wird den Lagern über ein Leitungssystem zu- und von ihnen abgeführt. Die Lager können neben ihrer Funktion zum Zuführen von Nutzströmen an den Rotor entweder als rein hydrostatische Lager oder mit einer gemischten hydrostatischen und hydrodynamischen Wirkung arbeiten. At this point it should be mentioned that from the document DE-AS 1 253 802 an electric unipolar machine with a stator and a rotor mounted at least twice is known, the bearings of which contain an electrically highly conductive liquid and serve as current collection collectors from the rotor to the stator. The electrically conductive liquid used is mercury, sodium or a mixture of sodium and potassium. All collectors are arranged substantially in the same radial plane as the opposing electromagnetically active surfaces of the rotor and stator and formed as a pure liquid storage by the electrically conductive storage fluid fills the over the entire circumference of the bearing extending annular space as a liquid layer. As a result, larger liquid bearing surfaces and collector surfaces offer, since the bearing diameter substantially corresponds to the rotor diameter. In addition, the brush fire is completely avoided, so that a higher efficiency is achieved due to the greatly reduced electrical contact resistance. In addition, the life and the permitted speed of the bearings is increased. However, a suppression of interference is not mentioned. The liquid is supplied to the bearings via a pipe system and discharged from them. The bearings can operate in addition to their function for supplying Nutzströmen to the rotor either as purely hydrostatic bearings or with a mixed hydrostatic and hydrodynamic effect.

Hydrostatische Lager der in der Druckschrift DE-AS 1 253 802 beschriebenen Art erfordern ein Fördersystem mit einer zusätzlichen Energiequelle zur Förderung der Lagerflüssigkeit. Ein derartiges Fördersystem ist jedoch gegenüber konventionellen Lagerelementen wie Wälz- oder Gleitlagern, z.B. Kugellagern, unwirtschaftlich, da konventionelle Lagerelemente wesentlich kostengünstiger und wartungsärmer sind. Hydrodynamische Lager sind für elektrische‐Maschinen nur eingeschränkt tauglich, da sie einem Betrieb mit häufigem Stillstand nicht standhalten. Beispielsweise sind derartige Lager für Fahrzeugantriebe aufgrund der dort häufigen Betriebsunterbrechungen, z.B. im Start‐/Stop‐Betrieb, nicht einsetzbar. Daher ist erfindungsgemäß die Funktion der Kontaktanordnung von der des wenigstens einen Lagerelements getrennt verwirklicht. Hydrostatic bearings in the publication DE-AS 1 253 802 described type require a conveyor system with an additional energy source to promote the storage fluid. However, such a conveyor system is compared to conventional bearing elements such as rolling or plain bearings, eg ball bearings, uneconomical, since conventional bearing elements are much cheaper and less expensive. Hydrodynamic bearings are of limited usefulness for electrical machines, as they do not withstand frequent stop operation. For example, such bearings for vehicle drives due to the frequent business interruptions, eg in start / stop operation, can not be used. Therefore, according to the invention, the function of the contact arrangement is realized separately from that of the at least one bearing element.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist der elektrisch leitende Kontaktwerkstoff mit einem elektrisch leitfähigen Ferrofluid gebildet. Wie aus der Internet-Enzyklopädie "Wikipedia" – vgl. den Internetauftritt " http://de.wikipedia.org/wiki/Ferrofluid ", Eintrag gelesen am 08.12.2014 um 16:45 Uhr – entnehmbar ist, sind Ferrofluide Flüssigkeiten, die auf magnetische Felder reagieren, ohne zu verfestigen. Sie bestehen aus wenige Nanometer großen magnetischen Partikeln, die in einer Trägerflüssigkeit kolloidal suspendiert sind. Die Partikel werden in der Regel mit einer polymeren Oberflächenbeschichtung stabilisiert. Echte Ferrofluide sind stabile Dispersionen, was bedeutet, dass sich die festen Teilchen nicht mit der Zeit absetzen und selbst in extrem starken Magnetfeldern nicht aneinander anlagern oder sich von der Flüssigkeit als andere Phase abscheiden. Die Teilchen bestehen normalerweise aus Eisen, Magnetit oder Kobalt und sind kleiner als eine magnetische Domäne, typischerweise 5–10 Nanometer im Durchmesser. Die umgebende Flüssigkeit ist normalerweise Öl oder Wasser, seltener Wachs. Tenside werden zugesetzt, um die Suspension stabiler zu machen, indem sich die in Mizellen gebundenen Teilchen aufgrund sterischer Wechselwirkungen gegenseitig abstoßen. In einem Magnetfeld werden die magnetischen Momente der Teilchen des Ferrofluides tendenziell in dessen Richtung ausgelenkt und erlangen hierdurch eine makroskopische Magnetisierung. Jedoch überwiegt die zufällige Bewegung der Partikel immer noch die Kraft, die sie zusammenzieht; sie bilden keine Ketten, ihre Viskosität ändert sich fast nicht, aber sie neigen dazu, in hochmagnetischen Feldern zu bleiben. According to a further preferred embodiment of the electric machine according to the invention, the electrically conductive contact material is formed with an electrically conductive ferrofluid. As from the internet encyclopedia "Wikipedia" - cf. the internet appearance " http://de.wikipedia.org/wiki/Ferrofluid ", Read on Dec. 8, 2014 at 4:45 pm - Ferrofluids are liquids that react to magnetic fields without solidifying, consisting of a few nanometers of magnetic particles that are colloidally suspended in a carrier fluid They are usually stabilized with a polymeric surface coating, which means that the solid particles do not settle over time and do not attach to each other or separate from the liquid as another phase, even in extremely strong magnetic fields are usually composed of iron, magnetite, or cobalt and are smaller than a magnetic domain, typically 5-10 nanometers in diameter The surrounding liquid is usually oil or water, more rarely wax Surfactants are added to make the suspension more stable by having the micelle-bound particles due to steric change Repel each other's effects. In a magnetic field, the magnetic moments of the ferrofluidic particles tend to be deflected in the direction thereof and thereby acquire macroscopic magnetization. However, the random motion of the particles still outweighs the force that contracts them; they do not form chains, their viscosity almost does not change, but they tend to stay in high magnetic fields.

Ferrofluide sind somit wesentlich umweltfreundlicher einzusetzen und auch gegenüber anderen Konstruktionselementen der elektrischen Maschine nicht aggressiv wie z.B. Quecksilber oder Natrium. Durch den Gehalt elektrisch leitfähiger Partikel können sie elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Damit sind sie z.B. in elektrischen Maschinen für Fahrzeugantriebe sehr vorteilhaft einsetzbar. Einen besonderen Vorzug bildet ihre Reaktion auf Magnetfelder, die es in sehr einfacher Weise ermöglicht, Ferrofluide durch Anlegen eines magnetischen Feldes an einen gewünschten Ort zu führen bzw. dort zu halten. Demgemäß ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine die Kontaktanordnung mit wenigstens einem Magnetelement zum Führen des Ferrofluides im Raumbereich zwischen den Kontaktelementen ausgebildet. Damit kann sehr einfach und wirkungsvoll ein Auslaufen des Ferrofluides aus der Kontaktanordnung verhindert werden, wobei diese Maßnahme zudem kostengünstig ist und eine wartungsfreie Konstruktion erlaubt. Obgleich somit bei dieser Weiterbildung der Erfindung nicht erforderlich, kann nach einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine wahlweise oder zusätzlich die Kontaktanordnung gegenüber dem wenigstens einen Lagerelement durch wenigstens ein Dichtelement, bevorzugt durch wenigstens einen Wellendichtring, abgeschlossen sein. Das wenigstens eine Dichtelement, z.B. mit wenigstens einem Wellendichtring ausgebildet, dient dabei außer zum Halten des elektrisch leitenden Kontaktwerkstoffs innerhalb der Kontaktanordnung und zum Fernhalten des Kontaktwerkstoffs von dem wenigstens einen Lagerelement auch dazu, das Schmiermittel aus dem wenigstens einen Lagerelement von der Kontaktanordnung fernzuhalten, so dass keine gegenseitige Beeinträchtigung zwischen dem Kontaktwerkstoff und dem Schmiermittel auftritt, d.h. weder Kontaktwerkstoff in das wenigstens ein Lagerelement noch Schmiermittel in die Kontaktanordnung geraten kann. Ferrofluids are thus much more environmentally friendly to use and not aggressive to other construction elements of the electrical machine such as mercury or sodium. Due to the content of electrically conductive particles, they can be designed to be electrically conductive. Thus, they can be used for example in electrical machines for vehicle drives very advantageous. A special advantage is their reaction to magnetic fields, which makes it possible in a very simple way to lead ferrofluids by applying a magnetic field to a desired location or to hold there. Accordingly, in a preferred embodiment of the electric machine according to the invention, the contact arrangement is formed with at least one magnetic element for guiding the ferrofluid in the space between the contact elements. This can be very easy and effective leakage of the ferrofluid from the contact arrangement can be prevented, this measure is also inexpensive and allows a maintenance-free construction. Although not required in this embodiment of the invention, according to another embodiment of the electric machine according to the invention optionally or additionally, the contact arrangement with respect to at least one bearing element by at least one sealing element, preferably by at least one shaft seal, completed. The at least one sealing element, for example, formed with at least one shaft seal, it serves except for holding the electrically conductive contact material within the contact assembly and keeping away the contact material of the at least one bearing element also to keep the lubricant from the at least one bearing element of the contact arrangement, so that no mutual interference between the contact material and the lubricant occurs, ie neither contact material can get into the at least one bearing element lubricant still in the contact arrangement.

Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine sind den Raumbereich zwischen den Kontaktelementen berandende Oberflächen einander gegenüberliegend angeordneter Kontaktelemente mit oberflächenvergrößernden, bevorzugt ineinandergreifenden Ausformungen und/oder eine Entmischung und/oder Agglomeration von Bestandteilen des leitfähigen Fluides und/oder des leitfähigen Feststoffs unterbindenden Strukturen ausgestaltet. Mit dieser Maßnahme kann auch ein Kontaktwerkstoff eingesetzt werden, dessen elektrische Leitfähigkeit verhältnismäßig gering ist, insbesondere geringer als die der Kontaktelemente, da damit die von den Störströmen durchflossene Oberfläche, d.h. der Leiterquerschnitt des Kontaktwerkstoffs, vergrößert werden kann. Bevorzugt wird dabei der Abstand einander gegenüberliegender Kontaktelemente möglichst gering gewählt, so daß die Länge der Strompfade der Störströme möglichst klein und auch dadurch der resultierende Kontaktwiderstand des Kontaktwerkstoffs und damit der Kontaktanordnung möglichst gering bemessen ist. Bevorzugt sind dazu die Kontaktelemente mit Profilierungen, z.B. in der Art von Oberflächenwellen, oder in Form ineinandergreifender Töpfe, Scheiben, Lamellen oder dergleichen, zur Vergrößerung der Oberflächen, d.h. Kontaktflächen, zwischen den Kontaktelementen und dem Kontaktwerkstoff, z.B. dem Fluid oder dem Pulver, ausgebildet. Damit wird ein möglichst niederohmiger Kontaktwiderstand zwischen den Kontaktelementen erhalten. According to yet another embodiment of the electrical machine according to the invention, the surface area between the contact elements are configured surfaces of oppositely arranged contact elements with surface-enlarging, preferably interlocking formations and / or demixing and / or agglomeration of constituents of the conductive fluid and / or the conductive solid-preventing structures , With this measure, it is also possible to use a contact material whose electrical conductivity is relatively low, in particular lower than that of the contact elements, since the surface through which the interference currents flow, that is to say the contact elements. the conductor cross-section of the contact material, can be increased. Preferably, the distance of opposing contact elements is chosen as low as possible, so that the length of the current paths of the interference currents as small as possible and thereby the resulting contact resistance of the contact material and thus the contact arrangement is minimized. Preference is given to the contact elements with profilings, e.g. in the nature of surface waves, or in the form of interlocking pots, slices, fins or the like, for enlarging the surfaces, i. Contact surfaces, between the contact elements and the contact material, e.g. the fluid or powder. This results in the lowest possible contact resistance between the contact elements.

Die Profilierung dient ebenfalls dazu, eine permanente Zirkulation des Fluids oder Pulvers herbeizuführen, um einer nicht gänzlich auszuschließenden Entmischung der Suspension oder Ablagerung entgegen zu wirken. Die eine Entmischung und/oder Agglomeration von Bestandteilen des leitfähigen Fluides und/oder des leitfähigen Feststoffs unterbindenden Strukturen dienen vorteilhaft dazu, eine lange Lebensdauer des Kontaktwerkstoffs zu gewährleisten und damit eine möglichst wartungsarme bzw. wartungsfreie Maschine zu schaffen. The profiling also serves to bring about a permanent circulation of the fluid or powder in order to counteract a not entirely exclude segregation of the suspension or deposition. The demultipating and / or agglomeration of constituents of the conductive fluid and / or of the conductive solid preventive structures serve advantageously to ensure a long service life of the contact material and thus to provide a maintenance-free or maintenance-free machine.

In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine umfasst das ein elektrisches Massepotential führende Element ein mit elektrisch leitendem Material ausgebildetes, die elektrische Maschine wenigstens teilweise umschließendes Gehäuse, insbesondere ein mit einem mit elektrisch leitendem Material ausgebildetes Gehäuse, und/oder ist durch dieses gebildet. Das Gehäuse bildet dabei vorteilhaft sowohl einen mechanischen Schutz als auch eine elektromagnetische Schutz- bzw. Entstöreinrichtung. Überdies kann es durch Verbindung mit dem wenigstens einen Stützelement auf die elektrische Maschine wirkende bzw. von ihr erzeugte Antriebskräfte aufnehmen. Dabei ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine das wenigstens eine Stützelement einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet und/oder mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden. Insbesondere ist dabei die Verbindung zwischen Gehäuse und Stützelement bzw. Stützelementen auch kraftschlüssig ausgebildet. In another embodiment of the electrical machine according to the invention, the element carrying an electrical ground potential comprises a housing formed with electrically conductive material and enclosing the electric machine at least partially, in particular with a housing formed with electrically conductive material, and / or is formed by this. The housing advantageously forms both a mechanical protection and an electromagnetic protection or anti-interference device. Moreover, it can absorb the driving forces acting on or generated by the electric machine by connection to the at least one supporting element. In this case, according to a preferred development of the electric machine according to the invention, the at least one support element is integrally formed with the housing and / or electrically conductively connected to the housing. In particular, the connection between the housing and the support element or support elements is also formed non-positively.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Kontaktanordnung für eine elektrische Maschine, ausgebildet gemäß den vorbeschriebenen Merkmalen der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine und die genannten Vorteile aufweisend. Insbesondere ist die Kontaktanordnung einfach, kostengünstig, wartungsfrei, betriebssicher und universell einsetzbar. Besonders bevorzugt ist ein Einsatz in Fahrzeugantrieben, insbesondere in Traktionsantrieben für Elektro- oder Hybridfahrzeuge. The above object is further achieved by a contact arrangement for an electric machine, formed according to the above-described features of the electric machine according to the invention and having the advantages mentioned. In particular, the contact arrangement is simple, inexpensive, maintenance-free, reliable and universally applicable. Particularly preferred is an application in vehicle drives, in particular in traction drives for electric or hybrid vehicles.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben, wobei übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen: An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below, wherein matching elements in all figures are given the same reference numerals and a repeated description of these elements is omitted. Show it:

1 eine Teilansicht eines Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Maschine in grob schematischer Darstellung, 1 a partial view of a hybrid drive for a motor vehicle with an embodiment of an inventively constructed electric machine in a rough schematic representation,

2 eine Teilansicht der elektrischen Maschine gemäß 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktanordnung in grob schematischer Darstellung und 2 a partial view of the electric machine according to 1 with an embodiment of an inventive contact arrangement in a rough schematic representation and

3 die Teilansicht gemäß 2 der elektrischen Maschine gemäß 1 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktanordnung in grob schematischer Darstellung. 3 the partial view according to 2 the electric machine according to 1 with a further embodiment of the inventively constructed contact arrangement in a rough schematic representation.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Preferred embodiment of the invention

In 1 ist mit dem Bezugszeichen 100 eine elektrische Maschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs bezeichnet, grob schematisch dargestellt in einer Teilansicht, die in einem Längsschnitt eine Hälfte der elektrischen Maschine 100 bis zu einer Rotationsachse 101 eines Rotors 102 der Maschine 100 wiedergibt. Der Rotor 102 ist mit einem metallischen, d.h. elektrisch leitenden, rotationssymmetrischen Rotorträgerelement 103 und einer kreiszylindrisch gestalteten Magnetanordnung 104 ausgebildet, die das Rotorträgerelement 103 entlang seiner Umfangsfläche umgibt. Die Magnetanordnung 104 kann auf unterschiedlichste Weise ausgestaltet sein, z.B. mit Permanentmagneten oder einem Läuferkäfig, die in magnetisch und insbesondere auch elektrisch leitfähigem Material eingebettet sind. Einzelheiten des Aufbaus der Magnetanordnung 104 sind dabei für die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrischen Maschine 100 nicht von Belang. In 1 is with the reference numeral 100 an electrical machine for a hybrid drive of a motor vehicle, roughly schematically illustrated in a partial view, in a longitudinal section, a half of the electric machine 100 up to a rotation axis 101 a rotor 102 the machine 100 reproduces. The rotor 102 is with a metallic, ie electrically conductive, rotationally symmetrical rotor carrier element 103 and a circular cylindrical magnet arrangement 104 formed, which is the rotor carrier element 103 surrounds along its peripheral surface. The magnet arrangement 104 can be configured in many different ways, eg with permanent magnets or a rotor cage, which are embedded in magnetic and in particular electrically conductive material. Details of the structure of the magnet assembly 104 are for the inventive design of the electric machine 100 not relevant.

Der Rotor 102 ist mit dem Rotorträgerelement 103 über zwei als Kugellager ausgebildete Lagerelemente 105 an einem Stützelement 106 gelagert. Dazu ist das Rotorträgerelement 103 mit einem hohlwellen- oder hülsenartig ausgestalteten Lagerabschnitt 107 ausgebildet, mit dem das Rotorträgerelement 103 das Stützelement 106 und die beiden Kugellager 105 umschließt. Das Stützelement 106 ragt durch den Lagerabschnitt 107 hindurch und trägt die Kugellager 105 an seinem Außenumfang. Das Stützelement 106 ist hier ebenfalls hohl, d.h. hülsenartig, und rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 101 ausgebildet. Zentral im Stützelement 106 und durch dieses nach beiden Seiten hindurch ragend ist eine Zentralwelle 108 angeordnet, die wie das Rotorträgerelement 103 um die Rotationsachse drehbar ist und mit diesem über eine Kupplungseinrichtung 109 kraftschlüssig kuppelbar ist, so dass Drehmomente vom Rotor 102 auf die Zentralwelle 108 und umgekehrt übertragbar sind. Kugellager 105, Stützelement 106, Lagerabschnitt 107, Zentralwelle 108 und Kupplungseinrichtung 109 sind mit elektrisch leitenden Materialien ausgebildet. Nähere konstruktive Einzelheiten dieser Elemente, insbesondere der Zentralwelle 108 und der Kupplungseinrichtung 109, sind hier ohne Belang und daher nicht dargestellt. The rotor 102 is with the rotor carrier element 103 via two bearing elements designed as ball bearings 105 on a support element 106 stored. This is the rotor carrier element 103 with a hollow shaft or sleeve-like configured bearing portion 107 formed, with which the rotor carrier element 103 the support element 106 and the two ball bearings 105 encloses. The support element 106 protrudes through the storage section 107 through and carries the ball bearings 105 on its outer circumference. The support element 106 is here also hollow, ie sleeve-like, and rotationally symmetrical about the axis of rotation 101 educated. Central in the support element 106 and projecting through it on both sides is a central shaft 108 arranged as the rotor carrier element 103 is rotatable about the axis of rotation and with this via a coupling device 109 frictionally coupled, so that torques from the rotor 102 on the central shaft 108 and vice versa. ball-bearing 105 , Support element 106 , Storage section 107 , Central shaft 108 and coupling device 109 are formed with electrically conductive materials. Further structural details of these elements, in particular the central shaft 108 and the coupling device 109 , are irrelevant here and therefore not shown.

Die elektrische Maschine 100 ist ferner mit einem Gehäuse 110 versehen, welches hier einstückig mit dem Stützelement 106 geformt ist, z.B. als ein gemeinsames Metallgussstück. In diesem Gehäuse 110 ist ein Stator 111 der elektrischen Maschine 100 angeordnet, der in an sich bekannter Weise mit elektrisch leitfähigen und mit elektrischen Strömen beaufschlagbaren Wicklungen und einem magnetisch leitfähigen Material ausgestaltet ist, hier ebenfalls nicht im Detail wiedergegeben. Durch Schaltflanken der von einem Pulswechselrichter generierten und an den Wicklungen des Stators 111 anliegenden getakteten Motorspannung werden Störspannungen hervorgerufen, die zu Störströmen im Rotorträgerelement 103 führen, die z.B. über die Kupplungseinrichtung 109 in die Zentralwelle 108 einstreuen und von dieser als hochfrequente elektromagnetische Wellen abgestrahlt werden, sofern sie nicht gegen ein elektrisches Massepotential kurzgeschlossen werden. Dazu bietet es sich an, das Gehäuse 110 an ein solches Massepotential, insbesondere Fahrzeugmasse, anzuschließen, so dass das Gehäuse 110 ein ein elektrisches Massepotential führendes Element bildet. The electric machine 100 is also with a housing 110 provided, which here in one piece with the support element 106 is shaped, for example, as a common metal casting. In this case 110 is a stator 111 the electric machine 100 arranged, which is configured in a conventional manner with electrically conductive and can be acted upon by electrical currents windings and a magnetically conductive material, also not shown here in detail. By switching edges of the generated by a pulse inverter and the windings of the stator 111 adjacent pulsed motor voltage noise voltages are caused, which leads to interference currents in the rotor support element 103 lead, for example via the coupling device 109 in the central shaft 108 sprinkle and are emitted from this as high-frequency electromagnetic waves, unless they are shorted to an electrical ground potential. It makes sense, the housing 110 to connect to such a ground potential, in particular vehicle ground, so that the housing 110 forms an electrical ground potential leading element.

Eine elektrische Verbindung zum Kurzschließen der Störströme im Rotorträgerelement 103 gegen das Gehäuse 110 besteht hier über den Lagerabschnitt 107, das Stützelement 106 und die Kugellager 105. Letztere weisen jedoch durch das in ihnen notwendig enthaltene, elektrisch isolierende Schmiermittel eine stark schwankende, drehzahl- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit auf, die nicht nur zum sicheren Kurzschließen der Störströme ungeeignet ist, sondern zu weiteren Störspannungen zwischen Lagerabschnitt 107 und Stützelement 106 führt, die dann ebenfalls z.B. über die Zentralwelle 108 abgestrahlt werden. An electrical connection for short-circuiting the interference currents in the rotor support element 103 against the case 110 exists here on the storage section 107 , the support element 106 and the ball bearings 105 , However, the latter have a strongly fluctuating, speed-dependent and temperature-dependent electrical conductivity due to the necessarily contained in them, electrically insulating lubricant, which is not only unsuitable for safe short-circuiting of interference currents, but to further interference voltages between the bearing section 107 and support element 106 leads, which then also eg over the central shaft 108 be radiated.

Um eine sichere, schwankungsfreie, niederimpedante elektrische Verbindung für ein zuverlässiges Kurzschließen der Störströme zu erhalten, ist daher zwischen dem Lagerabschnitt 107, dem Stützelement 106 sowie den Lagerelementen 105 eine elektrische Kontaktanordnung 200 eingefügt, die wenigstens teilweise ringartig das Stützelement 106 entlang dessen Außenumfangs umschließt bzw. an den Lagerabschnitt 107 entlang dessen Innenumfangs angrenzt. Die Kontaktanordnung 200 ist sowohl mit dem Lagerabschnitt 107 als auch mit dem Stützelement 106 elektrisch leitend verbunden und überbrückt die Lagerelemente 105 elektrisch, so dass nicht nur deren Leitfähigkeitsschwankungen für das Kurzschließen der Störströme keine Rolle mehr spielen, sondern durch Fernhalten der Störströme von den Lagerelementen 105 deren Verschleiß verringert wird. In order to obtain a safe, fluctuation-free, low-impedance electrical connection for a reliable short-circuiting of interference currents is therefore between the bearing section 107 , the support element 106 as well as the bearing elements 105 an electrical contact arrangement 200 inserted, at least partially ring-like the support element 106 encloses along the outer periphery or at the storage section 107 adjoining along its inner circumference. The contact arrangement 200 is both with the storage section 107 as well as with the support element 106 electrically connected and bridges the bearing elements 105 electrically, so that not only their conductivity fluctuations for short-circuiting the interference currents play no role, but by keeping the interference currents from the bearing elements 105 their wear is reduced.

Eine detailliertere Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Kontaktanordnung 200 zeigt 2 in einer Teilansicht der elektrischen Maschine 100 gemäß 1. Das dort grob schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der Kontaktanordnung 200 umfasst zwei erste Kontaktelemente 201, die mit dem Lagerabschnitt 107 des Rotorträgerelements 103 und damit dem Rotor 102 elektrisch leitend verbunden sind, sowie zwei zweite Kontaktelemente 202, die mit dem Stützelement 106 elektrisch leitend verbunden sind. In einem Raumbereich 203 zwischen je einem der ersten 201 und zweiten 202 Kontaktelemente ist ein elektrisch leitender, beweglich formbarer Kontaktwerkstoff 204 den Raumbereich 204 wenigstens teilweise, bevorzugt wenigstens nahezu vollständig, ausfüllend aufgenommen, durch den eine bewegliche elektrisch leitende Verbindung zwischen den ersten Kontaktelementen einerseits und den zweiten Kontaktelementen andererseits und somit zwischen dem Stützelement 106 und dem Lagerabschnitt 107 gebildet ist. A more detailed representation of an inventively constructed electrical contact arrangement 200 shows 2 in a partial view of the electric machine 100 according to 1 , The roughly schematically illustrated embodiment of the contact arrangement 200 comprises two first contact elements 201 that with the storage section 107 the rotor carrier element 103 and thus the rotor 102 electrically connected, and two second contact elements 202 that with the support element 106 are electrically connected. In a room area 203 between each one of the first 201 and second 202 Contact elements is an electrically conductive, moveable contact material 204 the room area 204 at least partially, preferably at least almost completely, filled in, by which a movable electrically conductive connection between the first contact elements on the one hand and the second contact elements on the other hand and thus between the support element 106 and the storage section 107 is formed.

Als Kontaktwerkstoff 204 ist in der Kontaktanordnung 200 vorteilhaft ein elektrisch leitendes Fluid und/oder ein leitfähiger Feststoff vorgesehen, wobei letzterer bevorzugt als ein wenigstens weitgehend pulverförmiger Feststoff, wie z.B. Graphit, vorliegt. Derartige Kontaktwerkstoffe ermöglichen wenigstens nahezu reibungs- und damit verlustfrei eine Drehbewegung des Rotors 102 gegenüber dem Stützelement 106 und weisen dabei wenigstens nahezu drehzahl- und/oder temperaturunabhängig einen auch zeitlich wenigstens nahezu schwankungsfreien Kontaktwiderstand auf. Durch eine elektrische Überbrückung der Lagerelemente 105 mit einem solchen Kontaktwerkstoff 204 wird ein wenigstens nahezu störungsfreies Kurzschließen der Störströme vom Rotor 102 zum Gehäuse 110 erzielt. As a contact material 204 is in the contact arrangement 200 advantageously an electrically conductive fluid and / or a conductive solid provided, the latter is preferably present as an at least substantially powdery solid, such as graphite. Such contact materials allow at least almost frictionless and thus lossless rotational movement of the rotor 102 opposite the support element 106 and have at least almost independently of speed and / or temperature, a contact resistance which is at least virtually constant over time as well. By an electrical bridging of the bearing elements 105 with such a contact material 204 becomes an at least almost trouble-free short-circuiting of the interference currents from the rotor 102 to the housing 110 achieved.

Besonders bevorzugt ist als elektrisch leitendes Fluid 204 ein elektrisch leitfähiges Ferrofluid gewählt. Ein solches Ferrofluid 204 ist langzeitbeständig, wartungsfrei, nicht korrosiv oder giftig und damit umweltschonend und außerdem einfach in den Raumbereich 203 einbringbar und dort auslaufsicher zu führen bzw. zu halten, d.h. im Raumbereich 203 sicher gegen Auslaufen aus dem Raumbereich 203 zusammenzuhalten. Besonders vorteilhaft ist die Kontaktanordnung 200 zum Halten des Ferrofluides 204 im Raumbereich 203 mit einem wenigstens weitgehend ringförmigen Magnetelement 205 oder wahlweise mit einem oder mehreren wenigstens weitgehend teilringförmigen Magnetelementen 205 zum Führen des Ferrofluides 204 im Raumbereich 203 zwischen den Kontaktelementen 201, 202 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist ein ringförmiges Magnetelement 205 konzentrisch zur Rotationsachse 101 in axialer Richtung, d.h. in der Richtung der Rotationsachse 101, hintereinander zwischen den beiden ersten, ebenfalls ringförmigen, zur Rotationsachse 101 konzentrischen Kontaktelementen 201 aufgereiht angeordnet. Wahlweise können ein oder mehrere weitere, nicht dargestellte Magnetelemente entsprechender Gestaltung axial zwischen den zweiten Kontaktelementen 202 ring- oder teilringförmig auf der Umfangsfläche des Stützelements 106 angeordnet sein. Die Kontaktelemente 201, 202 sind hierbei aus magnetisch leitendem Werkstoff ausgebildet, um das Magnetfeld zum Halten bzw. Führen des Ferrofluides 204 gebündelt durch den Raumbereich 203 zu führen. Particularly preferred is as an electrically conductive fluid 204 an electrically conductive ferrofluid selected. Such a ferrofluid 204 is durable, maintenance-free, non-corrosive or toxic and thus environmentally friendly and also easy in the space area 203 einbringbar and there leak-proof to lead or keep, ie in the area 203 safe against leakage from the room area 203 together. Particularly advantageous is the contact arrangement 200 to hold the ferrofluid 204 in the room area 203 with an at least substantially annular magnetic element 205 or optionally with one or more at least substantially partially annular magnetic elements 205 for guiding the ferrofluid 204 in the room area 203 between the contact elements 201 . 202 educated. In the embodiment according to 2 is an annular magnetic element 205 concentric with the axis of rotation 101 in the axial direction, ie in the direction of the axis of rotation 101 , one behind the other between the first two, also annular, to the axis of rotation 101 concentric contact elements 201 arranged in a row. Optionally, one or more further, not shown, magnetic elements of appropriate design axially between the second contact elements 202 annular or partially annular on the peripheral surface of the support element 106 be arranged. The contact elements 201 . 202 are here formed of magnetically conductive material to the magnetic field for holding or guiding the ferrofluid 204 bundled through the room area 203 respectively.

Die Führung des Magnetfeldes ist bei der Konstruktion dieser Kontaktanordnung 200 derjenigen einer Drehdurchführung und Wellendichtung angelehnt, die vom Hersteller „FerroTec unter der registrierten Marke Ferrofluidic angeboten wird, vergleiche dazu den oben genannten Internetauftritt " http://www.ferrotec-europe.de/de/htmls/ft.overview.php " der FerroTec GmbH, Eintrag gelesen am 11.12.2014 um 12:53 Uhr. Dabei wird durch das Magnetfeld die magnetische Flüssigkeit zwischen Welle und Polschuhen gehalten. The leadership of the magnetic field is in the construction of this contact arrangement 200 that of a rotary feedthrough and shaft seal ajar, which is offered by the manufacturer "FerroTec under the registered trademark Ferrofluidic, see the above Internet presence" http://www.ferrotec-europe.de/de/htmls/ft.overview.php "of FerroTec GmbH, entry read on 12/12/2014 at 12:53 pm The magnetic field between the wave and the pole shoes is held by the magnetic field.

Zusätzlich ist vorsehbar, die Kontaktanordnung 200 gegenüber den Lagerelementen 105 durch wenigstens ein hier nicht dargestelltes Dichtelement, bevorzugt durch wenigstens einen Wellendichtring, abzuschließen. Wahlweise kann dabei als Dichtelement auch eine ebenfalls mit einem Ferrofluid ausgebildete Wellendichtung an sich bekannter Art zum Einsatz kommen, vergleiche dazu den vorgenannten Internetauftritt " http://www.ferrotec-europe.de/de/htmls/ft.overview.php " der FerroTec GmbH, Eintrag gelesen am 11.12.2014 um 12:53 Uhr, oder die Kontaktanordnung 200 und das Dichtelement auf Grundlage eines Ferrofluides sind miteinander zu einem Konstruktionselement kombiniert. Vorteilhaft dient das wenigstens eine Dichtelement zum Führen des elektrisch leitenden Kontaktwerkstoffs 204 innerhalb der Kontaktanordnung 200 und zum Fernhalten von den Lagerelementen 105; besonders bevorzugt hält das wenigstens eine Dichtelement aber das Schmiermittel aus den Lagerelementen 105 von der Kontaktanordnung 200 fern, so dass keine gegenseitige Beeinträchtigung der Lagerelemente 105 durch den Kontaktwerkstoff 204 bzw. der Kontaktanordnung 200 durch das Schmiermittel auftreten kann. In addition, it is conceivable that the contact arrangement 200 opposite the bearing elements 105 by at least one sealing element, not shown here, preferably completed by at least one shaft seal. Alternatively, it can be used as a sealing element also formed with a ferrofluid shaft seal known per se, compare to the above Internet presence " http://www.ferrotec-europe.de/de/htmls/ft.overview.php "the FerroTec GmbH, entry read on 11.12.2014 at 12:53 clock, or the contact arrangement 200 and the ferrofluid-based sealing element are combined together to form a structural element. Advantageously, the at least one sealing element serves to guide the electrically conductive contact material 204 within the contact arrangement 200 and to keep away from the bearing elements 105 ; However, the at least one sealing element particularly preferably holds the lubricant out of the bearing elements 105 from the contact arrangement 200 away, so no mutual interference of the bearing elements 105 through the contact material 204 or the contact arrangement 200 can occur through the lubricant.

In 2 weisen die einander gegenüberliegend angeordneten Kontaktelemente 201, 202 den Raumbereich 203 berandende Oberflächen mit oberflächenvergrößernden, ineinandergreifenden Ausformungen auf. Diese Ausformungen sind hier als ineinandergreifende Rillen bzw. Scheiben oder Lamellen ausgebildet, auch eine topfartige Ausgestaltung ist möglich. Damit werden die Kontaktflächen zwischen den Kontaktelementen 201, 202 und dem Kontaktwerkstoff 204 vergrößert und wird der Kontaktwiderstand verringert. Mit demselben Zweck sind die Abstände zwischen den ersten Kontaktelementen 201 und den gegenüberliegenden zweiten Kontaktelementen 202 so gering wie möglich gewählt. 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine mit dem Bezugszeichen 300 bezeichnete Abwandlung des Beispiels der erfindungsgemäß ausgebildeten Kontaktanordnung 200 gemäß 2 in grob schematischer Darstellung und in der gleichen Teilansicht wie derjenigen der 2. Die Kontaktanordnung 300 entspricht weitgehend einer Hälfte der symmetrisch aufgebauten Kontaktanordnung 200, wobei ein Magnetelement 305 mit in radialer Richtung ringförmig hintereinander liegenden Magnetpolen eingesetzt ist; insbesondere ist in der Darstellung nach 3 ein magnetischer Nordpol N radial außen, ein magnetischer Südpol S radial innen angeordnet. Bei dieser Anordnung des Magnetelements 305 und der damit erzielten Orientierung des erzeugten Magnetfelds, wobei auch mehrere Magnetelemente 305 vorgesehen sein können, wird eine noch bessere Nutzung des Magnetfelds zum Halten des Fluids erzielt. In 2 have the oppositely arranged contact elements 201 . 202 the room area 203 Boundary surfaces with surface enlarging, interlocking formations. These formations are designed here as intermeshing grooves or discs or lamellae, and a pot-like design is also possible. This will be the contact surfaces between the contact elements 201 . 202 and the contact material 204 increases and the contact resistance is reduced. With the same purpose, the distances between the first contact elements 201 and the opposing second contact elements 202 chosen as low as possible. 3 shows a further embodiment with the reference numeral 300 designated modification of the example of the inventively designed contact arrangement 200 according to 2 in a roughly schematic representation and in the same partial view as that of 2 , The contact arrangement 300 corresponds largely to one half of the symmetrically constructed contact arrangement 200 , wherein a magnetic element 305 is inserted in the radial direction annular successive magnetic poles; in particular, the illustration is after 3 a magnetic north pole N radially outward, a magnetic south pole S radially inwardly arranged. In this arrangement of the magnetic element 305 and the orientation of the generated magnetic field, wherein also several magnetic elements 305 can be provided, an even better use of the magnetic field for holding the fluid is achieved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100: Elektrische Maschine Electric machine
101 101: Rotationsachse von 102 Rotation axis of 102
102 102: Rotor von 100 Rotor of 100
103 103: Rotorträgerelement von 102 Rotor carrier element of 102
104 104: Magnetanordnung von 100 Magnet arrangement of 100
105 105: Lagerelement; insbesondere Kugellager Bearing member; in particular ball bearings
106 106: Stützelement support element
107 107: Lagerabschnitt von 103 Storage section of 103
108 108: Zentralwelle central shaft
109 109: Kupplungseinrichtung coupling device
110 110: Gehäuse zu 100 Housing too 100
111 111: Stator von 100 Stator of 100
200 200: Elektrische Kontaktanordnung Electrical contact arrangement
201 201: Erstes Kontaktelement von 200, leitend verbunden mit 107 First contact element of 200 , connected to 107
202 202: Zweites Kontaktelement von 200, leitend verbunden mit 106 Second contact element of 200 , connected to 106
203 203: Raumbereich zwischen 201 und 202 Space between 201 and 202
204 204: Kontaktwerkstoff in 203 Contact material in 203
205 205: Magnetelement magnetic element
300 300: Elektrische Kontaktanordnung Electrical contact arrangement
305 305: Magnetelement magnetic element
N N: Magnetischer Nordpol von 305 Magnetic North Pole of 305
S S: Magnetischer Südpol von 305 Magnetic South Pole of 305

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 1253802 [0014, 0015]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://en.wikipedia.org/wiki/Ferrofluid [0016]
http://www.ferrotec-europe.de/de/htmls/ft.overview.php [0034]
http://www.ferrotec-europe.de/de/htmls/ft.overview.php [0035]

Claims

Electric machine ( 100 ), in which a rotor formed with an electrically conductive material ( 102 ) via at least one bearing element ( 105 ) movably on at least one support element comprising an electrically conductive material ( 106 ), wherein the electrically conductive material of the at least one support element ( 106 ) is electrically conductively connectable to an element carrying an electrical ground potential, and wherein an electrical contact arrangement ( 200 ) is provided for the movable electrical connection of the rotor ( 102 ) with the at least one support element ( 106 ) for a short-circuiting of electrical interference voltages and deriving electrical interference currents from the rotor ( 102 ) to the ground potential.

Electric machine ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the contact arrangement ( 200 ) has an at least nearly fluctuation-free and low-impedance contact resistance.

Electric machine ( 100 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the contact arrangement ( 200 ) with an electrically conductive, moveable contact material ( 204 ), in particular an electrically conductive fluid and / or a conductive solid, preferably an at least substantially powdery solid, is formed, wherein the electrically conductive contact material ( 204 ) a space area ( 203 ) between at least two electrically conductive contact elements ( 201 . 202 ) at least partially, of which at least a first ( 201 ) with the rotor ( 102 ) and at least a second ( 202 ) with the at least one support element ( 106 ) is electrically connected.

Electric machine ( 100 ) according to claim 3, characterized in that the electrically conductive contact material ( 204 ) is formed with an electrically conductive ferrofluid.

Electric machine ( 100 ) according to claim 4, characterized in that the contact arrangement ( 200 ) with at least one magnetic element ( 205 ) for guiding the ferrofluid ( 204 ) in the spatial area ( 203 ) between the contact elements ( 201 . 202 ) is trained.

Electric machine ( 100 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the contact arrangement ( 200 ) relative to the at least one bearing element ( 105 ) is closed by at least one sealing element, preferably by at least one shaft seal.

Electric machine ( 100 ) according to one or more of claims 3 to 7, characterized in that the spatial area ( 203 ) between the contact elements ( 201 . 202 ) bordering surfaces of oppositely arranged contact elements ( 201 . 202 ) are configured with surface-enlarging, preferably interlocking formations and / or demixing and / or agglomeration of constituents of the conductive fluid and / or of the conductive solid-inhibiting structures.

Electric machine ( 100 ) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the element which conducts an electrical ground potential has an electrical machine which is constructed with electrically conductive material ( 100 ) at least partially enclosing housing ( 110 ), in particular a housing formed with electrically conductive material ( 110 ), and / or is formed by this.

Electric machine ( 100 ) according to claim 8, characterized in that the at least one support element ( 106 ) integral with the housing ( 110 ) and / or with the housing ( 110 ) is electrically connected.

Contact arrangement ( 200 ) for an electric machine ( 100 ), formed according to the features of one or more of the preceding claims.