DE102015205475A1

DE102015205475A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102015205475A1
Application number: DE102015205475.6A
Authority: DE
Inventors: Istvan Deak; Bernd Schroeder; Martin Henger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Eine elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, der über eine Kontakteinrichtung elektrisch auf Masse gelegt ist. Die Kontakteinrichtung schaltet in Abhängigkeit der Rotordrehzahl zwischen einer Kontaktposition und einer Außerkontaktposition.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 35 11 755 A1 wird eine elektrische Maschine beschrieben, die als Schleifringläufer-Asynchronmotor ausgeführt ist und eine Rotorwicklung auf dem Rotor aufweist, welcher über eine Schleifringbaugruppe bestromt wird. Auf der Rotorwelle der elektrischen Maschine kann sich ein elektrisches Potenzial ausbilden, das beispielsweise von einer getakteten Ansteuerung von der Stator- oder Rotorwicklung herrührt. Um die elektrische Spannung abzuleiten, ist gemäß der DE 35 11 755 A1 eine zusätzliche Erdung der Rotorwelle vorgesehen, die einen Schleifkontakt über eine Bürste an einem mit der Rotorwelle rotierenden Kontaktteil sowie eine Ableitung über einen Kondensator und eine Schmelzsicherung zur Erde umfasst.
Aus der DE 60 2004 011 867 T2 ist eine Erdungsbürste zur Verminderung des elektrischen Stroms in einer Motorwelle bekannt. Die Erdungsbürste umfasst feine, leichte Fäden, die in einem ringförmigen Rahmen aufgenommen sind und die Motorwelle umgreifen. Bei Stillstand oder langsamer Drehung stehen die Fäden in Kontakt mit der Motorwelle, wodurch diese geerdet wird. Nimmt die Drehzahl der Motorwelle zu, bewegen Luftströme die Fäden von der Motorwelle weg, so dass der elektrische Kontakt unterbrochen und die Erdung aufgehoben wird. Auf diese Weise werden im Motorstillstand Ladungen auf der Motorwelle abgebaut.
Auch gemäß der EP 2 137 805 B1 wird eine Motorwelle mithilfe von feinen, leichten Fäden im Motorstillstand geerdet, wobei der Kontakt über die Fäden mit zunehmender Drehzahl der Motorwelle aufgehoben wird.
Aus der US 4,515,417 ist es bekannt, die Motorwelle im Stillstand über eine Kontakteinrichtung zu erden, um einen unerwünschten Stromfluss durch Motorwellenlager zu verhindern. Die Kontakteinrichtung umfasst ein Kontaktelement, das radial durch Federkraft nach innen gegen einen Gegenkontakt gedrückt wird. Mit zunehmender Drehzahl übersteigt die Zentrifugalkraft die Federkraft, wodurch das Kontaktelement radial nach außen verstellt und der Kontakt aufgehoben wird, so dass bei laufendem Motor keine Erdung stattfindet.
Des Weiteren ist es aus der WO 2013/192169 A1 bekannt, auf der Mantelfläche einer Rotorwelle ein elektrisch leitendes Kontaktelement aus einem nachgiebigen Material oder in Form von Fasern anzuordnen, das sich bei rotierender Rotorwelle radial ausdehnt bzw. streckt und hierdurch bei laufendem Motor in Kontakt mit einem Gehäuse zur Erdung der Rotorwelle gelangt.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein erhöhtes Spannungspotenzial am Rotor einer elektrischen Maschine zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, die einen Stator bzw. Ständer und einen Rotor mit einer Rotorwelle aufweist, handelt es sich vorzugsweise um eine elektrisch erregte Maschine, die zum Beispiel als Statormotor in einem Starter für eine Brennkraftmaschine, als Generator oder als Boost-Rekuperations-Maschine in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Der Rotor der elektrischen Maschine ist über eine Kontakteinrichtung elektrisch auf Masse gelegt, um ein sich eventuell an dem Rotor ausbildendes elektrisches Spannungspotenzial abzubauen. Ein derartiges Spannungspotenzial tritt zum Beispiel bei einer getakteten Ansteuerung der Stator- oder Rotorwicklung mittels eines PWM-Signals auf. Auch im Falle einer Anbindung der elektrischen Maschine über einen Riemen zur Drehmomentübertragung kann über den Riemen eine elektrische Aufladung des Rotors erfolgen. Mithilfe der Kontakteinrichtung ist es möglich, das Spannungspotenzial des Rotors abzubauen.
Erfindungsgemäß ist die Kontakteinrichtung in Abhängigkeit der Rotordrehzahl zwischen einer Kontaktposition und einer Außerkontaktposition schaltbar, wobei in der Kontaktposition der Rotor über die Kontakteinrichtung zum Abbau des Spannungspotenzials auf Masse gelegt ist, wohingegen in der Außerkontaktposition der Rotor nicht auf Masse gelegt ist und dementsprechend auch kein Abbau des Spannungspotenzials am Rotor erfolgt. Im Stillstand der elektrischen Maschine befindet sich die Kontakteinrichtung in der Außerkontaktposition. Dies gewährleistet, dass beim Motorstart kein Sekundärstrom der Rotorwicklung über die Masse fließt. Im Betrieb der elektrischen Maschine, bei sich drehendem Rotor, befindet sich dagegen die Kontakteinrichtung in der Kontaktposition.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass im Betrieb der elektrischen Maschine bei höheren Drehzahlen eine sichere elektrische Verbindung des Rotors mit der Masse gewährleistet ist, so dass sich kein Spannungspotenzial während des Betriebs am Rotor aufbauen kann. Damit ist auch ein impulsförmiger Stromfluss durch Lager der Rotorwelle des Rotors ausgeschlossen, was zu einer Schädigung des Lagers führen kann; ein derartiger, impulsförmiger Stromfluss kann temporär im Falle eines Versagens der Isolationswirkung des hochohmigen Kugellagerfetts des Lagers entstehen. Zudem ist die impulsförmige Entladung ungünstig hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Stromimpulse können im Prinzip bei jedem Schaltvorgang einer Regelung der elektrischen Maschine auftreten. Die drehzahlabhängige Kontakteinrichtung verhindert den Aufbau eines ein zulässiges Maß übersteigenden Spannungspotenzials am Rotor.
Vorteilhaft ist des Weiteren, dass die drehzahlabhängige Schaltung der Kontakteinrichtung in einfacher Weise realisiert werden kann. Es ist insbesondere eine konstruktiv einfach aufgebaute Kontakteinrichtung möglich, die fliehkraftabhängig schaltet. Die Kontakteinrichtung weist ein Kontaktelement auf, das in Abhängigkeit von der aktuell wirksamen Fliehkraft als Funktion der aktuellen Rotordrehzahl zwischen Kontakt- und Außerkontaktposition geschaltet wird. Die Kontakteinrichtung ist vorteilhafterweise mit der Rotorwelle verbunden, so dass mit zunehmender Rotordrehzahl eine höhere Fliehkraft auf die Kontakteinrichtung wirkt, wodurch das Schalten zwischen Außerkontakt- und Kontaktposition bewirkt wird.
Das drehzahlabhängige Schalten der Kontakteinrichtung erfolgt vorzugsweise bei einer einen Schwellenwert darstellenden Grenzdrehzahl, bei deren Überschreitung von der Außerkontakt- in die Kontaktposition und bei deren Unterschreitung von der Kontakt- in die Außerkontaktposition geschaltet wird. Der Schaltvorgang erfolgt bevorzugt fliehkraftabhängig auf ausschließlich mechanische Weise.
Die Kontakteinrichtung bzw. ein Kontaktelement der Kontakteinrichtung befindet sich, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, auf der Mantelfläche der Rotorwelle. Das Kontaktelement ist als ein Metallstreifen ausgeführt, der vorteilhafterweise nur an einem Ende mit der Rotorwelle, beispielsweise mit der Mantelfläche der Rotorwelle verbunden ist, vorzugsweise durch stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Löten, wobei gegebenenfalls auch sonstige Verbindungsarten in Betracht kommen. Der aus elektrisch leitfähigem Material bestehende Metallstreifen kann parallel zur Längsachse der Rotorwelle ausgerichtet sein oder gegebenenfalls auch unter einem Winkel hierzu. Im Ruhezustand liegt der Metallstreifen an der Rotorwelle an, mit Überschreiten einer Grenzdrehzahl hebt ein Ende des Metallstreifens aufgrund der Fliehkraft radial ab und gelangt in Kontakt mit einem auf Masse gelegten Bauteil.
Der Metallstreifen kann direkt oder indirekt elektrisch leitend mit der Rotorwelle verbunden sein. Bei direkter Verbindung ist der Metallstreifen unmittelbar auf der Rotorwelle angeordnet. Bei indirekter Verbindung ist der Metallstreifen nicht unmittelbar, sondern über ein Trägerbauteil mit der Rotorwelle verbunden, das elektrisch leitend und mit der Rotorwelle verbunden ist. Bei dem Trägerbauteil handelt es sich beispielsweise um einen Trägerring.
Die Kontakteinrichtung kann im Bereich einer Schleifringbaugruppe der elektrischen Maschine angeordnet sein, über die eine Stromübertragung von einer gehäuseseitigen Stromquelle auf die Rotorwicklung erfolgt. Hierbei ist es zweckmäßig, dass die Kontakteinrichtung bzw. ein Kontaktelement der Kontakteinrichtung in Kontaktposition an einer Stromschiene der Schleifringbaugruppe anliegt, die einen rotorseitigen Schleifring mit der Rotorwicklung verbindet, wobei an dem Schleifring ein gehäuseseitiger Schleifkontakt anliegt. Beispielsweise kann bei einer Anordnung des Kontaktelementes an der Mantelfläche der Rotorwelle mit dem Überschreiten der Grenzdrehzahl das Kontaktelement durch die Fliehkraft radial nach außen verstellt werden und hierbei in Kontakt mit der radial auf Abstand zur Mantelfläche der Rotorwelle verlaufenden, rotorseitigen Stromschiene gelangen. Hierbei ist das Kontaktelement in der Weise positioniert, dass bevorzugt die mit dem Minuspol verbundene Stromschiene von dem Kontaktelement kontaktiert wird. Damit ist gewährleistet, dass das höhere elektrische Potenzial an der Rotorwelle auf das niedrigere Potenzial des Minuspols gelegt wird, welcher in diesem Fall die Masse darstellt.
Es sind aber auch Ausführungen möglich, bei denen die Masse, welche von der Kontakteinrichtung zum Ableiten des rotorseitigen, elektrischen Potenzials kontaktiert wird, von einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine oder einem mit dem Gehäuse in Kontakt stehenden Bauteil gebildet wird. Des Weiteren ist es möglich, dass die Masse von einem Minuspol einer Batterie, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug gebildet wird, so dass die Kontakteinrichtung in der Kontaktposition mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist.
Das Kontaktelement der Kontakteinrichtung erstreckt sich gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung parallel zur Längsachse der Rotorwelle. Das Kontaktelement kann, wie ausgeführt, als ein Metallstreifen ausgeführt sein, der insbesondere geradlinig ausgebildet ist und sich in Längsrichtung der Rotorwelle erstreckt.
Gemäß einer alternativen Ausführung erstreckt sich das Kontaktelement, bezogen auf die Längsachse der Rotorwelle, in Umfangs- oder Tangentialrichtung. Auch in dieser Ausführung wird das Kontaktelement fliehkraftabhängig geschaltet und befindet sich im Stillstand der elektrischen Maschine in Außerkontaktposition und bei rotierender Maschine – nach Überschreitung eines Drehzahl-Schwellenwerts – in der Kontaktposition, in der der Rotor auf Masse gelegt ist. In Betracht kommen sowohl geradlinige, ebene Kontaktelemente, die sich in Tangentialrichtung oder zumindest mit einer Komponente in Tangentialrichtung erstrecken, als auch Ausführungen, die in einer Ebene liegen, jedoch gekrümmt, insbesondere kreisbogenförmig ausgebildet sind und sich somit zumindest annähernd, gegebenenfalls vollständig in Umfangsrichtung erstrecken, jeweils bezogen auf die Längsachse der Rotorwelle. In jedem Fall ist es zweckmäßig, dass das Kontaktelement im unverformten Zustand eben ausgebildet ist, wenngleich auch Ausführungen möglich sind, bei denen das Kontaktelement dreidimensional verformt ist.
Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung umfasst die Kontakteinrichtung einen Trägerring, an dem das Kontaktelement gehalten ist. Der Trägerring besteht wie das Kontaktelement aus einem elektrisch leitenden Material und kann insbesondere auf die Rotorwelle aufgeschoben sein. Der elektrische Kontakt zwischen Rotorwelle und Kontaktelement wird somit über den Trägerring hergestellt. Das Kontaktelement befindet sich vorteilhafterweise an der außen liegenden Umfangsseite des Trägerrings und ist als separates Bauteil ausgeführt, das mit dem Trägerring jedoch verbunden ist. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen Kontaktelement und Trägerring einteilig miteinander ausgeführt sind. Das Kontaktelement ist vorteilhafterweise mit einem Ende am Trägerring gehalten, das gegenüberliegende Ende liegt frei und kann sich unter dem Einfluss der Fliehkraft radial aufweiten.
Die Verbindung mit dem Trägerring erfolgt bei separater Ausführung von Kontaktelement und Trägerring vorzugsweise formschlüssig und/oder stoffschlüssig oder kraftschlüssig.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weitet sich das Kontaktelement, das gemeinsam mit der Rotorwelle umläuft, mit dem Erreichen eines Drehzahl-Schwellenwertes radial auf und liegt in der Kontakteinrichtung an einem radial weiter außen liegenden, auf Masse gelegten Gegenkontaktelement. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um eine Stromschiene, insbesondere einer Schleifringbaugruppe. Das Kontaktelement liegt vorzugsweise mit einem mittleren Abschnitt an dem Gegenkontaktelement wie zum Beispiel der Stromschiene an, wobei der mittlere Abschnitt einen ausreichend großen Abstand zur freien Stirnseite des Kontaktelementes aufweist, was den Vorteil hat, dass bei einer Verformung durch Fliehkräfte ein Durchrutschen des Kontaktelementes an dem Gegenkontaktelement vorbei vermieden wird.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Maschine, die beispielsweise als Boost-Rekuperations-Maschine in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird,
2 einen Schnitt längs durch die elektrische Maschine gemäß 1,
3 eine Ausschnittsvergrößerung aus dem Bereich der Rotorwelle mit einem auf der Rotorwelle angeordneten, als Metallstreifen ausgeführten Kontaktelement, das zwischen einer in 3 dargestellten Außerkontaktposition und einer radial ausgestellten Kontaktposition verstellbar ist,
4 eine Ausschnittsvergrößerung mit dem Kontaktelement in der Kontaktposition, in der das Kontaktelement durch die Fliehkraft der Rotorwelle radial ausgestellt ist und an einer Stromschiene anliegt,
5 in perspektivischer Ansicht die Rotorwelle mit dem als Metallstreifen ausgebildeten Kontaktelement.
6 einen Schnitt längs durch eine elektrische Maschine in einer Ausführungsvariante der drehzahlabhängig schaltenden Kontakteinrichtung,
7 ein Trägerring als Teil der Kontakteinrichtung aus 6, mit einem bogenförmigen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kontaktelement auf der Außenseite des Trägerrings,
8 der Trägerring mit dem bogenförmigen Kontaktelement in Einbaulage in perspektivischer Ansicht.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 und 2 ist eine elektrische Maschine 1 dargestellt, die beispielsweise als Boost-Rekuperations-Maschine in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann und als fremderregte Maschine ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 1 ist unterteilt in einen Maschinenteil 10, welcher den Elektromotor bzw. Generator enthält und einen Stator bzw. Ständer 11 sowie einen Rotor 12 aufweist sowie eine Bürstenhalterung 20 zur Stromübertragung auf eine Rotorwicklung 123 des Elektromotors und eine Leistungselektronik 30 an der Stirnseite der elektrischen Maschine 1. Das Maschinenteil 10 ist als Innenläufermotor ausgeführt und umfasst den Ständer 11, der in Lagerschilden 101 und 102 aufgenommen ist, welche ein Gehäuse bilden, sowie den Rotor 12. Teil des Ständers 11 ist ein Lamellenpaket 111, das zwischen den Lagerschilden 101 und 102 fixiert ist, welche zusätzlich Kugellager 103 bzw. 104 aufnehmen, in denen der Rotor 12, welcher eine Rotorwelle 121 umfasst, rotatorisch gelagert ist.
Der Rotor 12 ist im Ausführungsbeispiel mit Klauenpolen 122 ausgeführt und nimmt eine Rotorwicklung 123 auf, die als Erregerwicklung bei Bestromung ein magnetisches Erregerfeld erzeugt. Die Bestromung der Rotorwicklung 123 erfolgt über die Bürstenhalterung 20 mit Schleifkontakten 201, die auf Schleifringen 124, welche vorzugsweise aus Kupfer bestehen und an der Rotorwelle 121 angeordnet sind, gleiten.
Fest mit der Stirnseite der Rotorwelle 121 ist ein Permanentmagnet 125 verbunden, dessen mit dem Rotor mitdrehendes Magnetfeld von der Leistungselektronik 30 erfasst und ausgewertet wird. Aus dem Magnetfeld des Permanentmagneten 125 kann die aktuelle Winkelposition des Rotors 12 bestimmt werden. Je nach gewünschter Betriebsart der elektrischen Maschine 1 wird eine Ständerwicklung 112 des Ständers 11 in Abhängigkeit der Winkelposition des Rotors bestromt.
Im Generatorbetrieb wird eine mechanische Leistung in eine elektrische Leistung umgewandelt, um beispielsweise ein Bordnetz in einem Kraftfahrzeug zu versorgen. Im motorischen Betrieb wird elektrische Leistung in mechanische Leistung umgewandelt, um beispielsweise ein zusätzliches Drehmoment zur Beschleunigung des Fahrzeuges (Boost-Betrieb) zur Verfügung zu stellen. Die Übertragung der mechanischen Leistung erfolgt über eine Riemenscheibe 126, die fest mit der Rotorwelle 121 verbunden ist.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Längsschnitt gemäß 2 mit einer Ansicht von Schleifkontakten 201 und Kupferschleifringen 124 (2), die in 3 mit den Bezugszeichen 201a, 201b für die Schleifkontakte und 124a, 124b für die Kupferschleifringe bezeichnet sind. Der Schleifkontakt 201a ist im Ausführungsbeispiel mit dem Minuspol verbunden, der Schleifkontakt 201b mit dem Pluspol. Dementsprechend gleitet der Minus-Schleifkontakt 201a auf dem Minus-Schleifring 124a auf der Rotorwelle, der über eine Stromschiene 127a mit einem Kabel 126a der Rotorwicklung 123 verbunden ist. Analog hierzu läuft der Plus-Schleifkontakt 201b auf dem Plus-Schleifring 124b, der über eine Stromschiene 127b mit dem Kabel 126b der Rotorwicklung 123 verbunden ist.
Die Schleifkontakte 201a, 201b sind Teil der ständerseitigen Bürstenhalterung 20. Die Schleifringe 124a, 124b sind Teil der Schleifringbaugruppe, welche über die Stromschienen 127a, 127b und die Kabel 126a, 126b die Rotor- bzw. Erregerwicklung 123 mit Strom versorgt.
Wie 2 in Verbindung mit den Ausschnittvergrößerungen gemäß den 3 und 4 zu entnehmen, ist an der Mantelfläche der Rotorwelle 121 ein Kontaktelement 128 in Form eines elektrisch leitenden Metallstreifens befestigt, das zwischen der in 3 dargestellten Außerkontaktposition und der in 4 dargestellten Kontaktposition mit der Minus-Stromschiene 127a verstellbar ist. Das Kontaktelement 128 ist Teil einer Kontakteinrichtung, welche in Abhängigkeit der Drehzahl aufgrund der bei rotierender Rotorwelle 121 entstehenden Fliehkraft von der Außerkontaktposition gemäß 3 in die Kontaktposition gemäß 4 verstellt wird. Hierdurch wird ein elektrisches Potenzial der Rotorwelle 121 über den Minuspol abgeleitet. Eine derartige elektrische Aufladung entsteht beispielsweise bei einer getakteten Ansteuerung von Ständer- oder Rotorwicklung mittels eines PWM-Signals oder über einen Riemen, der um die Riemenscheibe 126 gelegt ist, welche mit der Rotorwelle 121 verbunden ist. Indem das elektrische Potenzial der Rotorwelle 121 über das Kontaktelement 128 abgeleitet wird, kann ein impulsförmiger Stromfluss über die Lager 103, 104 der Rotorwelle 121 vermieden werden.
Das Kontaktelement 128 befindet sich in einem Zwischenraum, der radial zwischen der Mantelfläche der Rotorwelle 121 und der Minus-Stromschiene 127a gebildet ist. Bei Stillstand der elektrischen Maschine sowie bei einer Rotation der Rotorwelle 121 unterhalb einer Grenzdrehzahl befindet sich das Kontaktelement 128 aufgrund seiner Eigenspannung in der Außerkontaktposition, in welcher kein Kontakt mit der Minus-Stromschiene 127a vorliegt. Erst mit Überschreiten einer Grenzdrehzahl wird die auf das Kontaktelement 128, das nur im Bereich eines Endes mit der Rotorwelle 121 verbunden ist, wirkende Fliehkraft so groß, dass das gegenüberliegende, freie Ende des Kontaktelementes 128 radial nach außen bewegt und gegen die Minus-Stromschiene 127a gedrückt wird, wodurch die Kontaktposition erreicht ist und ein elektrischer Kontakt über das Kontaktelement 128 zwischen der Rotorwelle 121 und der Minus-Stromschiene 127a hergestellt ist. Wird die Grenzdrehzahl der Rotorwelle 121 wieder unterschritten, so wird das Kontaktelement 128 durch seine Eigenspannung wieder von der Kontaktposition in die Außerkontaktposition zurückverstellt.
Wie insbesondere 5 zu entnehmen, ist das Kontaktelement 128 streifenförmig ausgebildet und erstreckt sich parallel zur Längsachse 129 der Rotorwelle 121. Das Kontaktelement 128 befindet sich auf einem Abschnitt der Rotorwelle 121 mit reduziertem Außendurchmesser. Die Anbindung an die Mantelfläche der Rotorwelle 121 erfolgt beispielsweise durch Anlöten.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 5 erstreckt sich das streifenförmige Kontaktelement 128 parallel zur Längsachse 129 der Rotorwelle 121. In den 6, 7 und 8 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der das Kontaktelement 128 sich bezogen auf die Längsachse 129 der Rotorwelle 121 in Umfangsrichtung erstreckt. Das Kontaktelement 128 ist streifen- und kreisbogenförmig ausgeführt und befindet sich an der Umfangsseite eines Trägerrings 130, der ebenso wie das Kontaktelement 128 aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt und auf die Rotorwelle 121 aufgeschoben und axial sowie in Drehrichtung fest mit diesem verbunden ist. Der Trägerring 130 und das Kontaktelement 128 sind als separate Bauteile ausgeführt, wobei das Kontaktelement 128 im Bereich einer Stirnseite fest mit dem Trägerring 130 verbunden ist, beispielsweise kraft- oder stoffschlüssig.
Das Kontaktelement 128 ist ausschließlich mit einem Ende mit dem Außenumfang des Trägerrings 130 verbunden. Dies ermöglicht es, dass das bogenförmige Kontaktelement 128 unter dem Einfluss von Fliehkräften mit steigender Drehzahl der Rotorwelle sich radial aufweitet und in Kontakt mit der radial außen liegenden Stromschiene 127a gelangt, wodurch die Kontaktposition erreicht und der elektrische Kontakt zwischen Rotorwelle 121 und Stromschiene 127a geschlossen wird. Wird eine Grenzdrehzahl der Rotorwelle wieder unterschritten, kehrt das Kontaktelement 128 unter dem Eindruck seiner Eigenelastizität wieder in die Außerkontaktposition zurück, in der der Kontakt mit der Stromschiene 127a unterbrochen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3511755 A1 [0002, 0002]
DE 602004011867 T2 [0003]
EP 2137805 B1 [0004]
US 4515417 [0005]
WO 2013/192169 A1 [0006]

Claims

Elektrische Maschine, mit einem Stator und einem Rotor (12), der über eine Kontakteinrichtung elektrisch auf Masse gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung in Abhängigkeit der Rotordrehzahl zwischen einer Kontaktposition, in der der Rotor (12) auf Masse gelegt ist, und einer Außerkontaktposition schaltet, wobei die Kontakteinrichtung ein Kontaktelement (128) aufweist, das fliehkraftabhängig schaltet, wobei das Kontaktelement (128) als ein Metallstreifen ausgeführt ist, der einenends mit der Rotorwelle (121) oder einem mit der Rotorwelle (121) verbundenen Trägerbauteil (130) verbunden ist, wobei sich die Kontakteinrichtung im Stillstand der elektrischen Maschine in der Außerkontaktposition befindet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (128) sich parallel zur Längsachse (129) der Rotorwelle (121) erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (128) sich bezogen auf die Längsachse (129) der Rotorwelle (121) in Umfangs- oder Tangentialrichtung erstreckt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (128) kreisbogenförmig ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (128) an einem Trägerring (130) gehalten ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerring (130) auf der Rotorwelle (121) aufsitzt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung mit der Rotorwelle (121) verbunden, insbesondere auf der Mantelfläche der Rotorwelle (121) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung im Bereich einer Schleifringbaugruppe der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung in der Kontaktposition an einer Stromschiene (127a, 127b) der Schleifringbaugruppe anliegt, wobei die Stromschiene (127a, 127b) einen Schleifring der Schleifringbaugruppe mit einer Rotorwicklung (123) verbindet.
Elektrische Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kontaktposition das Kontaktelement (128) mit einem mittleren Abschnitt an der Stromschiene (127a, 127b) anliegt.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung in der Kontaktposition mit dem Minuspol der Rotorwicklung (123) verbunden ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung in der Kontaktposition mit einem Gehäuseteil oder einem mit dem Gehäuse der elektrischen Maschine (1) in Kontakt stehenden Bauteil verbunden ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung in der Kontaktposition mit dem Minuspol einer Batterie verbunden ist.