DE102019133889A1 - Electric machine with a discharge device - Google Patents
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Abstract
Elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Traktionsmaschinen, werden während des Betriebes durch induzierte Wellenspannungen elektrisch aufgeladen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Maschine zu schaffen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.Hierzu wird eine elektrische Maschine 1 mit einem Gehäuseabschnitt 7, wobei der Gehäuseabschnitt 7 einen Gehäuseraum 6 begrenzt, mit einem Rotor 2 und mit einer Welle 4, wobei die Welle 4 mit dem Rotor 2 elektrisch und getriebetechnisch verbunden ist und wobei die Welle 4 und der Rotor 2 in dem Gehäuseraum 6 drehbar gelagert sind, wobei die Welle 4 eine Hauptachse H definiert, mit einer Ableitvorrichtung 15 zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor 2 über die Welle 4 zu dem Gehäuseabschnitt 7, wobei die Ableitvorrichtung 15 eine erste Kontakteinrichtung 17 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Welle 4 und eine zweite Kontakteinrichtung 18 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt 7 aufweist, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung 17, 18 relativ zueinander verdrehbar sind und in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H in einem Kontaktraum 19 elektrisch miteinander kontaktieren, vorgeschlagen, wobei die Ableitvorrichtung 15 eine Schutzeinheit 20 aufweist, wobei der Kontaktraum 19 und der Gehäuseraum 6 über die Schutzeinheit 20 dichtend voneinander getrennt sind.Electric machines, in particular electric traction machines, are electrically charged during operation by induced shaft voltages. It is an object of the invention to create an electrical machine which is characterized by high operational reliability. For this purpose, an electrical machine 1 with a housing section 7, the housing section 7 delimiting a housing space 6, with a rotor 2 and with a shaft 4 , wherein the shaft 4 is electrically and geared to the rotor 2 and the shaft 4 and the rotor 2 are rotatably mounted in the housing space 6, the shaft 4 defining a main axis H, with a discharge device 15 for discharging an electrical charge and / or voltage from the rotor 2 via the shaft 4 to the housing section 7, the diverting device 15 having a first contact device 17 for electrical and mechanical connection to the shaft 4 and a second contact device 18 for the electrical and mechanical connection to the housing section 7, wherein the first and the second contact device 17, 18 are rotatable relative to each other u nd electrically contact one another in the axial direction with respect to the main axis H in a contact space 19, the discharge device 15 having a protective unit 20, the contact space 19 and the housing space 6 being sealingly separated from one another via the protective unit 20.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Ableitvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical machine with a discharge device with the features of the preamble of claim 1.
Elektrische Maschinen, insbesondere elektrische Traktionsmaschinen, werden während des Betriebes durch induzierte Wellenspannungen elektrisch aufgeladen. Zusätzlich können zirkulierende Hochfrequenz-Ströme in Motoren hoher Leistungsklassen entstehen. Derartige elektrische Maschinen weisen in der Regel einen Rotor sowie eine Rotorwelle auf, welche über Wälzlager in einem Gehäuse gelagert sind. Aufgrund von elektrischen Entladungen bzw. der zirkulierenden Hochfrequenz-Ströme, kann es zu einer Beschädigung der Wälzlager kommen. Um dies zu vermeiden, ist eine Abführung dieser elektrischen Energie notwendig. Hierzu sind beispielsweise Erdungsbürsten oder radial wirkende Schleifelemente (Kohlebürsten) bekannt, welche zur Erdung der Rotorwelle dienen. Des Weiteren sind axial wirkende Systeme zur Wellenerdung bekannt.Electric machines, in particular electric traction machines, are electrically charged during operation by induced shaft voltages. In addition, circulating high-frequency currents can arise in motors of high performance classes. Such electrical machines generally have a rotor and a rotor shaft, which are mounted in a housing via roller bearings. The rolling bearings can be damaged due to electrical discharges or the circulating high-frequency currents. In order to avoid this, it is necessary to dissipate this electrical energy. For this purpose, for example, grounding brushes or radially acting grinding elements (carbon brushes) are known, which are used to ground the rotor shaft. Axially acting systems for shaft grounding are also known.
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.The invention is based on the object of creating an electrical machine which is characterized by a high level of operational reliability.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by an electrical machine with the features of claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims, the following description and the attached figures.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, welche insbesondere für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Fahrzeug als ein Elektrofahrzeug, insbesondere als ein reines Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug, ausgebildet. Das Fahrzeug kann als ein einspurig oder zweispurig und/oder einachsig oder mehrachsiges, insbesondere zweiachsiges, Fahrzeug ausgebildet sein. Prinzipiell ist das Fahrzeug als ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Bus ausgebildet. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch als ein elektrisch betriebenes Fahrrad (Pedelec), Motorrad (Elektromotorrad), E-Scooter oder dergleichen ausgebildet sein.The invention relates to an electrical machine which is particularly suitable and / or designed for a vehicle. The vehicle is preferably designed as an electric vehicle, in particular as a purely electric vehicle or as a hybrid vehicle. The vehicle can be designed as a single-lane or two-lane and / or single-axle or multi-axle, in particular two-axle, vehicle. In principle, the vehicle is designed as a passenger car, a truck or a bus. Alternatively, however, the vehicle can also be designed as an electrically operated bicycle (pedelec), motorcycle (electric motorcycle), e-scooter or the like.
Die elektrische Maschine dient insbesondere dazu, ein Traktionsmoment, insbesondere ein Haupttraktionsmoment, für das Fahrzeug zu erstellen und/oder bereitzustellen. Hierzu kann die elektrische Maschine mit einer Energieeinrichtung, insbesondere mit einer Energiespeichereinrichtung, im Speziellen mit einer Batterie oder Akku, koppelbar oder gekoppelt sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten. Bevorzugt ist die elektrische Maschine als ein Elektromotor ausgebildet.The electrical machine is used in particular to create and / or provide a traction torque, in particular a main traction torque, for the vehicle. For this purpose, the electrical machine can be coupled or coupled to an energy device, in particular to an energy storage device, in particular to a battery or accumulator, in order to receive energy for generating the traction torque. The electric machine is preferably designed as an electric motor.
Die elektrische Maschine weist einen Gehäuseabschnitt auf, wobei der Gehäuseabschnitt einen Gehäuseraum definiert und/oder begrenzt. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt ein Bestandteil eines Gehäuses und/oder bildet dieses. Bevorzugt ist das Gehäuse mehrteilig aufgebaut, wobei der Gehäuseabschnitt einen Teil des Gehäuses, beispielsweise ein Lagerschild, bildet. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt mit Masse verbunden und/oder geerdet.The electrical machine has a housing section, the housing section defining and / or delimiting a housing space. In particular, the housing section is part of a housing and / or forms this. The housing is preferably constructed in several parts, the housing section forming part of the housing, for example a bearing plate. In particular, the housing section is connected to ground and / or grounded.
Die elektrische Maschine weist eine Welle auf, welche mit ihrer Rotationsachse eine Hauptachse definiert. Des Weiteren weist die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor auf, welche konzentrisch und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Die Welle ist mit dem Rotor elektrisch und getriebetechnisch verbunden. The electrical machine has a shaft which defines a main axis with its axis of rotation. Furthermore, the electrical machine has a stator and a rotor, which are arranged concentrically and / or coaxially with respect to one another. The shaft is connected to the rotor electrically and in terms of transmission.
Insbesondere wird die Welle über und/oder durch den Rotor angetrieben. Besonders bevorzugt ist die Welle als eine Rotorwelle ausgebildet, welche vorzugsweise mit dem Rotor drehfest, starr und/oder einstückig verbunden ist. Vorzugsweise ist der Gehäuseabschnitt elektrisch und mechanisch mit dem Stator verbunden.In particular, the shaft is driven via and / or by the rotor. The shaft is particularly preferably designed as a rotor shaft, which is preferably connected to the rotor in a rotationally fixed, rigid and / or one-piece manner. The housing section is preferably electrically and mechanically connected to the stator.
Die Welle und der Rotor sind in dem Gehäuseraum drehbar gelagert. Insbesondere weist die elektrische Maschine mindestens oder genau zwei Lagereinrichtungen auf, welche die Rotorlagerung bilden oder mitbilden. Der Rotor ist vorzugweise zwischen den beiden Lagereinrichtungen in dem Gehäuseraum angeordnet, wobei die Welle über die Lagereinrichtungen in dem Gehäuseraum und/oder an dem Gehäuseabschnitt drehbar gelagert ist.The shaft and the rotor are rotatably mounted in the housing space. In particular, the electrical machine has at least or precisely two bearing devices which form or co-form the rotor bearing. The rotor is preferably arranged between the two bearing devices in the housing space, the shaft being rotatably supported by the bearing devices in the housing space and / or on the housing section.
Die elektrische Maschine weist eine Ableitvorrichtung auf, welche zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung ausgehend von dem Rotor über die Welle zu dem Gehäuseabschnitt ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Ableitvorrichtung bildet insbesondere eine elektrische Verbindung zwischen der Welle und dem Gehäuseabschnitt. Insbesondere handelt es sich um eine ständige elektrische Verbindung zwischen der Welle und dem Gehäuseabschnitt, welche sowohl stationär als auch dynamisch, also im Betrieb der elektrischen Maschine, vorliegt.The electrical machine has a diverting device which is designed and / or suitable for diverting an electrical charge and / or voltage starting from the rotor via the shaft to the housing section. In particular, the diverting device forms an electrical connection between the shaft and the housing section. In particular, there is a permanent electrical connection between the shaft and the housing section, which is both stationary and dynamic, that is, when the electrical machine is in operation.
Hierzu weist die Ableitvorrichtung eine erste Kontakteinrichtung sowie eine zweite Kontakteinrichtung auf. Die erste Kontakteinrichtung dient zur elektrischen Verbindung mit der Welle. Ferner dient die erste Kontakteinrichtung zur mechanischen Verbindung mit der Welle, insbesondere sodass die erste Kontakteinrichtung an der Welle festgelegt ist. Die zweite Kontakteinrichtung dient zur elektrischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt. Ferner dient die zweite Kontakteinrichtung zur mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt, insbesondere sodass die zweite Kontakteinrichtung an dem Gehäuseabschnitt festgelegt ist. Die beiden Kontakteinrichtungen sind, insbesondere in einem Betrieb der elektrischen Maschine, relativ zueinander verdrehbar. Im Betrieb der elektrischen Maschine rotiert die Welle um die Hauptachse, wobei die erste Kontakteinrichtung durch die rotierende Welle mitgenommen wird und die zweite Kontakteinrichtung stationär an dem Gehäuseabschnitt verbleibt.For this purpose, the diverting device has a first contact device and a second contact device. The first contact device is used for the electrical connection to the shaft. Furthermore, the first contact device serves for the mechanical connection to the shaft, in particular so that the first contact device is fixed on the shaft. The second contact device is used for the electrical connection to the housing section. Furthermore, the second contact device serves for the mechanical connection to the housing section, in particular so that the second contact device is fixed to the housing section. The two contact devices can be rotated relative to one another, in particular when the electrical machine is in operation. When the electrical machine is in operation, the shaft rotates around the main axis, the first contact device being carried along by the rotating shaft and the second contact device remaining stationary on the housing section.
Die erste und die zweite Kontakteinrichtung kontaktieren in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse in einem Kontaktraum elektrisch miteinander. Insbesondere verläuft somit ein Strompfad von dem Rotor über die Welle und die erste Kontakteinrichtung zu der zweiten Kontakteinrichtung und dem Gehäuseabschnitt. Der durch die Ableitvorrichtung gebildete Strompfad, weist dabei einen niedrigeren Widerstand gegenüber den Lagereineinrichtungen auf, sodass die Entladungsströme und/oder -spannungen über die Ableitvorrichtung abgeleitet werden. Die beiden Kontakteinrichtungen sind in Bezug auf die Hauptachse koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste Kontakteinrichtung an einer axialen Stirnseite der Welle und die zweite Kontakteinrichtung gegenüberliegend dazu an dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist. Somit ist die Ableitvorrichtung als ein sogenannter „stirnseitiger Wellenerder“ umgesetzt. Besonders bevorzugt sind die beiden Kontakteinrichtungen in axialer Richtung elastisch aneinander abgestützt und an einer Kontaktstelle über einen Druck- und/oder Reibkontakt elektrisch miteinander kontaktiert. Der Kontaktraum ist in axialer und/oder radialer Richtung durch die erste und/oder die zweite Kontakteinrichtung und/oder die Welle und/oder den Gehäuseabschnitt begrenzt. Bevorzugt ist der Kontaktraum als ein die Hauptachse umlaufender Ringraum definiert, welcher zumindest die Kontaktstelle umgibt.The first and the second contact device make electrical contact with one another in the axial direction with respect to the main axis in a contact space. In particular, a current path thus runs from the rotor via the shaft and the first contact device to the second contact device and the housing section. The current path formed by the diverting device has a lower resistance compared to the bearing devices, so that the discharge currents and / or voltages are diverted via the diverting device. The two contact devices are arranged coaxially to one another with respect to the main axis, the first contact device being arranged on an axial end face of the shaft and the second contact device being arranged opposite thereto on the housing section. Thus, the discharge device is implemented as a so-called "end face wave earth". Particularly preferably, the two contact devices are elastically supported on one another in the axial direction and are electrically contacted with one another at a contact point via a pressure and / or frictional contact. The contact space is delimited in the axial and / or radial direction by the first and / or the second contact device and / or the shaft and / or the housing section. The contact space is preferably defined as an annular space surrounding the main axis which at least surrounds the contact point.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ableitvorrichtung eine Schutzeinheit aufweist, welche den Kontaktraum und den Gehäuseraum voneinander dichtend trennt und/oder gegeneinander abdichtet. Insbesondere hat die Schutzeinheit die Funktion, den Kontaktraum, vorzugsweise die Kontaktstelle, und/oder den Gehäuseraum gegeneinander und gegen Einflüsse von außen zu schützen. Hierzu ist der Kontaktraum vorzugsweise geschlossen ausgebildet und in axialer Richtung durch die Schutzeinheit gegenüber dem Gehäuseraum abgetrennt. Insbesondere dient die Schutzeinheit zur dynamischen und statischen Abdichtung des Kontaktraums, sodass dieser im Stillstand als auch im Betrieb gegenüber dem Gehäuseraum abgedichtet ist.In the context of the invention, it is proposed that the discharge device has a protective unit which separates the contact space and the housing space from one another in a sealing manner and / or seals them against one another. In particular, the function of the protective unit is to protect the contact space, preferably the contact point, and / or the housing space against one another and against external influences. For this purpose, the contact space is preferably designed to be closed and is separated from the housing space in the axial direction by the protective unit. In particular, the protective unit is used for dynamic and static sealing of the contact space, so that it is sealed off from the housing space when it is at a standstill and also during operation.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die erfindungsgemäße Schutzeinheit sichergestellt wird, dass der Gehäuseraum vor einem Fremdpartikeleintrag aus dem Kontaktraum geschützt ist. Somit kann eine Beschädigung des Elektromotors reduziert und ein sicherer Betrieb der elektrischen Maschine gewährleistet werden. Ein weiterer Vorteil besteht zudem darin, dass durch die Schutzeinheit der Kontaktraum vor einem Fremdpartikeleintrag aus dem Gehäuseraum geschützt ist. Somit kann eine sichere Kontaktierung der beiden Kontakteinrichtungen gewährleistet werden.The advantage of the invention is, in particular, that the protective unit according to the invention ensures that the housing space is protected from the entry of foreign particles from the contact space. Damage to the electric motor can thus be reduced and safe operation of the electric machine can be ensured. Another advantage is that the protective unit protects the contact space from the entry of foreign particles from the housing space. Reliable contacting of the two contact devices can thus be ensured.
In einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schutzeinheit eine Abriebschutzeinrichtung aufweist. Die Abriebschutzeinrichtung hat dabei die Funktion, den Gehäuseinnenraum, insbesondere die elektrische Maschine, gegen einen elektrisch leitfähigen Abrieb von einer der beiden Kontakteinrichtungen zu schützen. Insbesondere wird der Abrieb während eines Betriebes der elektrischen Maschine aufgrund von Reibung bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Kontakteinrichtungen erzeugt. Die Abriebschutzeinrichtung ist, vorzugsweise in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse, zwischen dem Kontaktraum und dem Gehäuseraum angeordnet, sodass ein Übertrag des Abriebs von dem Kontaktraum in den Gehäuseraum vermieden oder zumindest verringert wird. Bevorzugt ist die Abriebschutzeinrichtung zur Überbrückung von einem Ringspalt zwischen dem Gehäuseabschnitt und der Welle ausgebildet. Vorzugsweise ist die Abriebschutzeinrichtung in Umlaufrichtung um die Hauptachse durchgängig ausgebildet. Im Speziellen kann die Abriebschutzeinrichtung als eine berührungslose Rotationsdichtung, insbesondere eine berührungslose Schutzdichtung, beispielsweise eine Spaltdichtung oder eine Labyrinthdichtung oder Rillendichtung, ausgebildet sein.In a specific embodiment of the invention it is provided that the protective unit has an abrasion protection device. The function of the abrasion protection device is to protect the housing interior, in particular the electrical machine, against electrically conductive abrasion from one of the two contact devices. In particular, the abrasion is generated during operation of the electrical machine due to friction during a relative movement between the two contact devices. The abrasion protection device is arranged, preferably in the axial direction with respect to the main axis, between the contact space and the housing space, so that a transfer of the abrasion from the contact space into the housing space is avoided or at least reduced. The abrasion protection device is preferably designed to bridge an annular gap between the housing section and the shaft. The abrasion protection device is preferably designed to be continuous in the direction of rotation around the main axis. In particular, the abrasion protection device can be designed as a contactless rotary seal, in particular a contactless protective seal, for example a gap seal or a labyrinth seal or a groove seal.
Durch die Abriebschutzeinrichtung wird der im Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Abrieb von dem Rotor und dem Stator ferngehalten, sodass etwaige durch den Abrieb erzeugte Kurzschlüsse in der elektrischen Maschine vermieden werden und somit die Funktion des Elektromotors nicht beeinträchtigt wird.The abrasion protection device keeps the abrasion generated during operation of the electrical machine away from the rotor and the stator, so that any short circuits generated by the abrasion in the electrical machine are avoided and the function of the electric motor is therefore not impaired.
In einer weiteren alternativen oder optional ergänzenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ableitvorrichtung eine Dichtungseinrichtung aufweist. Die Dichtungseinrichtung hat dabei die Funktion, den Kontaktraum und/oder den Gehäuseraum gegen Fremdpartikel, wie z.B. Staub, Feuchtigkeit, Spritzwasser, Öl etc. aus der Umgebung zu schützen. Insbesondere ist die zweite Kontakteinrichtung über die Dichtungseinrichtung mit dem Gehäuseabschnitt verbunden, sodass ein Eintrag von Fremdpartikeln aus der Umgebung in den Gehäuseraum und/oder Kontaktraum vermieden oder zumindest verringert wird. Vorzugsweise ist die Dichtungseinrichtung zwischen der zweiten Kontakteinrichtung und dem Gehäuseabschnitt kraftschlüssig angeordnet, sodass eine Dichtpressung erzeugt ist. Die Dichtungseinrichtung kann dabei als eine statische Berührungsdichtung, beispielsweise ein Dichtring oder eine Flachdichtung, ausgebildet sein.In a further alternative or optionally supplementary embodiment, it is provided that the discharge device has a sealing device. The sealing device has the function of protecting the contact space and / or the housing space against foreign particles such as dust, moisture, splash water, oil, etc. from the environment. In particular, the second contact device is connected to the housing section via the sealing device, so that the entry of foreign particles from the environment into the housing space and / or contact space is avoided or at least reduced. The sealing device is preferably arranged in a force-locking manner between the second contact device and the housing section, so that a sealing pressure is generated. The sealing device can be designed as a static contact seal, for example a sealing ring or a flat seal.
Durch die Dichtungseinrichtung wird ein Eintrag von Fremdpartikeln in den Kontaktraum und/oder den Gehäuseraum sowie ein Austritt von Fremdpartikel aus dem Gehäuseraum und/oder den Kontaktraum verhindert. Somit wird ein besonders dichtes System vorgeschlagen, welches sich beispielsweise für den Einsatz in anspruchsvollen Umgebungen einsetzen lässt. Zudem wird gewährleistet, dass insbesondere bei der Ausgestaltung des Gehäuseraums bzw. des Gehäuseraumabschnitts als Ölbereich, ein Ölsaustritt verhindert wird.The sealing device prevents foreign particles from entering the contact space and / or the housing space and preventing foreign particles from escaping from the housing space and / or the contact space. A particularly tight system is thus proposed, which can be used, for example, for use in demanding environments. In addition, it is ensured that, in particular when the housing space or the housing space section is designed as an oil area, an oil leakage is prevented.
In einer alternativen oder optional ergänzenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schutzeinheit eine weitere Dichtungseinrichtung aufweist. Die weitere Dichtungseinrichtung hat dabei die Funktion, den Kontaktraum, insbesondere die beiden Kontakteinrichtungen, gegen Fremdpartikel, wie z.B. Staub, Feuchtigkeit, Fette und/oder Öle, zu schützen. Bevorzugt ist der Kontaktraum als ein Trockenbereich und der angrenzende Gehäuseraum bzw. ein angrenzender Gehäuseraumabschnitt wahlweise als ein Ölbereich oder als ein Trockenbereich ausgebildet. Für den Fall, dass der Gehäuseraum bzw. der Gehäuseraumabschnitt als ein Trockenbereich realisiert ist, bildet die weitere Dichtungseinrichtung eine schmutzdichte Abtrennung. Für den Fall, dass der Gehäuseraum bzw. der Gehäuseraumabschnitt als ein Ölbereich realisiert ist, bildet die weitere Dichtungseinrichtung eine fluiddichte, insbesondere öldichte, Abtrennung. Die weitere Dichtungseinrichtung ist, vorzugsweise in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse, zwischen dem Kontaktraum und dem Gehäuseraum angeordnet, sodass ein Fremdpartikeleintrag von dem Gehäuseraum in den Kontaktraum vermieden oder zumindest verringert wird. Insbesondere ist die weitere Dichtungseinrichtung in axialer Richtung benachbart zu der Abriebschutzeinrichtung, vorzugsweise auf der Seite des Gehäuseraums angeordnet. Somit dient die weitere Dichtungseinrichtung als ein Art Vorschaltdichtung für die Abriebschutzeinrichtung. Bevorzugt ist die Dichtungseinrichtung als eine berührende Rotationsdichtung, beispielsweise als ein Radial-Wellendichtring, ein Filzring oder eine Wellenlippendichtung, ausgebildet.In an alternative or optionally supplementary embodiment, it is provided that the protective unit has a further sealing device. The further sealing device has the function of protecting the contact space, in particular the two contact devices, against foreign particles such as dust, moisture, fats and / or oils. The contact space is preferably designed as a dry area and the adjoining housing space or an adjoining housing space section optionally as an oil area or as a dry area. In the event that the housing space or the housing space section is implemented as a dry area, the further sealing device forms a dirt-tight partition. In the event that the housing space or the housing space section is implemented as an oil area, the further sealing device forms a fluid-tight, in particular oil-tight, partition. The further sealing device is arranged, preferably in the axial direction with respect to the main axis, between the contact space and the housing space, so that the entry of foreign particles from the housing space into the contact space is avoided or at least reduced. In particular, the further sealing device is arranged in the axial direction adjacent to the abrasion protection device, preferably on the side of the housing space. The further sealing device thus serves as a type of upstream seal for the abrasion protection device. The sealing device is preferably designed as a contacting rotary seal, for example as a radial shaft sealing ring, a felt ring or a shaft lip seal.
Durch die weitere Dichtungseinrichtung wird ein Eintrag von Fremdpartikeln in den Kontaktraum und somit eine Störung oder Unterbrechung der Kontaktstelle verhindert. Des Weiteren kann die Ableitvorrichtung auch in einer nassen Umgebung ohne Beeinträchtigung der Ableitfunktion eingesetzt werden.The additional sealing device prevents foreign particles from entering the contact space and thus prevents interference or interruption of the contact point. Furthermore, the discharge device can also be used in a wet environment without impairing the discharge function.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Kontaktraum einen Kontaktbereich aufweist, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung in dem Kontaktbereich elektrisch miteinander kontaktieren. Ferner weist der Kontaktraum einen Auffangbereich auf, welcher zum Auffangen des Abriebs der ersten und/oder zweiten Kontakteinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Der Auffangbereich dient zum sicheren Auffangen des Abriebs, um eine Verteilung des Abriebs in der elektrischen Maschine zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Dabei ist der Auffangbereich als ein den Kontaktbereich umlaufender Ringraum ausgebildet. Vorzugsweise umgibt der Auffangbereich den Kontaktbereich, insbesondere die Kontaktstelle in Umfangsrichtung vollständig, sodass der im Betrieb entstehende Abrieb in dem Auffangbereich gesammelt und/oder gegenüber dem Gehäuseraum zurückgehalten wird. Insbesondere ist der Auffangbereich in radialer Richtung durch die erste und/oder die zweite Kontakteinrichtung und in Richtung des Gehäuseraums durch die Schutzeinheit, insbesondere die Abriebschutzeinrichtung, begrenzt.In a further specification, it is provided that the contact space has a contact area, wherein the first and the second contact device make electrical contact with one another in the contact area. Furthermore, the contact space has a collecting area which is designed and / or suitable for collecting the abrasion of the first and / or second contact device. The collection area is used to safely collect the abrasion in order to prevent or at least reduce a distribution of the abrasion in the electrical machine. The collecting area is designed as an annular space surrounding the contact area. The collecting area preferably completely surrounds the contact area, in particular the contact point in the circumferential direction, so that the abrasion occurring during operation is collected in the collecting area and / or held back in relation to the housing space. In particular, the catchment area is delimited in the radial direction by the first and / or the second contact device and in the direction of the housing space by the protective unit, in particular the abrasion protection device.
Ein Vorteil besteht somit darin, dass durch den Auffangbereich ein sicheres Auffangen des leitfähigen Abriebes erfolgt, wobei insbesondere in Kombination mit der Abriebschutzeinrichtung ein besonders sicherer Abriebschutz gegenüber dem Gehäuseraum, insbesondere dem Rotor, umgesetzt wird.One advantage is that the collecting area reliably collects the conductive abrasion, particularly in combination with the abrasion protection device, a particularly reliable abrasion protection against the housing space, in particular the rotor, being implemented.
In einer konstruktiven Umsetzung ist vorgesehen, dass die Welle eine stirnseitig eingebrachte Bohrung aufweist. Insbesondere erstreckt sich die Bohrung koaxial zu der Hauptachse. Die erste Kontakteinrichtung weist ein erstes in der Bohrung geführtes Kontaktelement auf. Insbesondere ist das Kontaktelement in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse beweglich in der Bohrung geführt. Zudem weist die erste Kontakteinrichtung ein in der Bohrung angeordnetes Federorgan auf, welches zur Beaufschlagung des ersten Kontaktelements mit einer Federkraft in Richtung der zweiten Kontakteinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Federorgan ist vorzugsweise als eine Druckfeder, insbesondere eine Schraubenfeder, ausgebildet und stützt sich einerseits an der Welle und andererseits an dem ersten Kontaktelement ab.In a constructive implementation, it is provided that the shaft has a bore introduced on the end face. In particular, the bore extends coaxially to the main axis. The first contact device has a first contact element guided in the bore. In particular, the contact element is movably guided in the bore in the axial direction with respect to the main axis. In addition, the first contact device has a spring element which is arranged in the bore and which is designed and / or suitable for applying a spring force to the first contact element in the direction of the second contact device. The spring member is preferably designed as a compression spring, in particular a helical spring, formed and supported on the one hand on the shaft and on the other hand on the first contact element.
Optional weist die erste Kontakteinrichtung eine in der Bohrung angeordnete Führungshülse auf, welche zur Führung des ersten Kontaktelements und/oder des Federorgans ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist durch die Führungshülse ein Federsitz für das Federorgan realisiert. Die Führungshülse kann dabei in einer axialen Richtung endseitig geschlossen sein, sodass sich das Federorgan über die Hülse an der Welle abstützt. Bevorzugt ist die Führungshülse in der Bohrung kraftschlüssig und/oder formschlüssig aufgenommen, wobei das erste Kontaktelement und/oder das Federorgan somit mittelbar über die Hülse, mit der Welle elektrisch verbunden ist.Optionally, the first contact device has a guide sleeve which is arranged in the bore and which is designed and / or suitable for guiding the first contact element and / or the spring element. In particular, the guide sleeve realizes a spring seat for the spring member. The guide sleeve can be closed at the end in an axial direction so that the spring member is supported on the shaft via the sleeve. The guide sleeve is preferably received in the bore in a force-locking and / or form-locking manner, the first contact element and / or the spring element thus being electrically connected to the shaft indirectly via the sleeve.
Gemäß dieser Ausführung weist die zweite Kontakteinrichtung ein mit dem Gehäuseabschnitt verbundenes Verschlusselement auf. Insbesondere ist der Kontaktraum durch das Verschlusselement definiert und/oder begrenzt. Vorzugsweise weist der Gehäuseabschnitt eine koaxial und/oder konzentrisch zur Welle angeordnete Gehäuseöffnung auf, welche durch das Verschlusselement verschlossen und/oder abgedeckt ist. Insbesondere ist das Verschlusselement als ein Verschlussdeckel oder eine Verschlusskappe ausgebildet. Das Verschlusselement ist beispielsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig, bevorzugt jedoch lösbar, mit dem Gehäuseabschnitt verbunden. Die zweite Kontakteinrichtung weist ein mit dem Verschlusselement verbundenes zweites Kontaktelement als einen zweiten Ableitpartner auf. Insbesondere ist das zweite Kontaktelement fest, vorzugsweise drehfest, mit dem Verschlusselement verbunden. Das zweite Kontaktelement kann dabei formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Verschlusselement verbunden sein. In einem montierten Zustand ist das erste Kontaktelement in axialer Richtung über das zweite Kontaktelement an dem Verschlusselement abgestützt. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Kontaktelement in Bezug auf die Hauptachse koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet.According to this embodiment, the second contact device has a closure element connected to the housing section. In particular, the contact space is defined and / or limited by the closure element. The housing section preferably has a housing opening which is arranged coaxially and / or concentrically to the shaft and which is closed and / or covered by the closure element. In particular, the closure element is designed as a closure cover or a closure cap. The closure element is, for example, non-positively and / or positively, but preferably releasably, connected to the housing section. The second contact device has a second contact element connected to the closure element as a second discharge partner. In particular, the second contact element is firmly, preferably non-rotatably, connected to the closure element. The second contact element can be positively and / or non-positively and / or cohesively connected to the closure element. In an assembled state, the first contact element is supported in the axial direction via the second contact element on the closure element. The first and the second contact element are preferably arranged coaxially and / or concentrically to one another with respect to the main axis.
Es wird somit eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche besonders einfach über die Gehäuseöffnung stirnseitig an der Welle montiert werden kann. Zudem wird durch das Verschlusselement eine Lösung geschaffen, welche einen einfachen und kostengünstigen Austausch der Ableitvorrichtung oder einzelner Komponenten der Ableitvorrichtung ermöglicht.A discharge device is thus proposed which can be mounted on the end of the shaft in a particularly simple manner via the housing opening. In addition, the closure element creates a solution which enables the discharge device or individual components of the discharge device to be exchanged in a simple and cost-effective manner.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das eine Kontaktelement als ein Verschleißteil ausgebildet ist und aus einem elektrisch leitfähigen Nicht-Stahl gefertigt ist. Insbesondere unterliegt das als Verschleißteil ausgebildete Kontaktelement aufgrund der Relativbewegung zwischen Welle und Gehäuseabschnitt im Betrieb der elektrischen Maschine einer Abnutzung. Insbesondere ist das Verschleißteil aus einem Metall-Graphit-Werkstoff gefertigt.In a further embodiment it is provided that the one contact element is designed as a wear part and is made of an electrically conductive non-steel. In particular, the contact element designed as a wearing part is subject to wear due to the relative movement between the shaft and the housing section during operation of the electrical machine. In particular, the wear part is made of a metal-graphite material.
Alternativ oder optional ergänzend ist das andere Kontaktelement als ein Bestandsteil ausgebildet und aus Stahl oder einem Nichteisen-Metall gefertigt. Das Bestandsteil hingegen unterliegt im Betrieb der elektrischen Maschine keiner oder nur einer sehr geringen Abnutzung. Dabei weist das Verschleißteil vorzugsweise einen Härtewert auf, welcher geringer ist als der Härtewert des Bestandsteils. Insbesondere ist das Bestandsteil aus einem gehärteten Stahl gefertigt. Dabei sind unter dem Begriff „Stahl“ sowohl legierte als auch unlegierte Stähle als Werkstoff zu verstehen. Insbesondere sind unter dem Begriff „Nichteisen-Metall“ alle Reinmetalle außer Eisen sowie Metall-Legierungen mit einem Eisenanteil von weniger als 50% zu verstehen. Beispielsweise kann das Bestandsteil aus Kupfer oder Messing gefertigt sein.Alternatively or optionally in addition, the other contact element is designed as an integral part and made of steel or a non-ferrous metal. The component part, on the other hand, is subject to little or no wear during operation of the electrical machine. The wear part preferably has a hardness value which is lower than the hardness value of the component. In particular, the component is made of hardened steel. The term “steel” means both alloyed and unalloyed steels as materials. In particular, the term “non-ferrous metal” means all pure metals except iron and metal alloys with an iron content of less than 50%. For example, the component can be made of copper or brass.
Somit wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche auch noch bei hohen Drehzahlen der Welle eine sichere Ableitfunktion gewährleistet. Durch die gezielte Abnutzung des einen Kontaktelements können zudem Verschweißungen, welche beispielsweise bei einem Stahl zu Stahl Kontakt entstehen können, verhindert werden.Thus, a diverting device is proposed which ensures a reliable diverting function even at high speeds of the shaft. The targeted wear of one contact element can also prevent welds, which can occur, for example, in the case of steel-to-steel contact.
In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass das erste Kontaktelement als ein in der Bohrung, insbesondere in der Führungshülse, geführter Erdungsstab ausgebildet ist. Insbesondere ist der Erdungsstab als ein Zylinderstab ausgebildet, welcher in der Bohrung bzw. der Führungshülse in radialer Richtung formschlüssig und/oder passgenau aufgenommen ist. Ferner ist das zweite Kontaktelement als eine an dem Verschlusselement gehaltener Kontaktkörper ausgebildet. Bevorzugt ist der Kontaktkörper als eine Kugel ausgebildet, wobei der Erdungsstab als das Verschleißteil und die Kugel als das Bestandsteil ausgebildet ist. Über die drehfest verbundene Kugel an dem Verschlusselement (Stator) und dem mit der Welle (Rotor) verbundenen Erdungsstab, wird der elektrische Kontakt hergestellt.In a specific implementation it is provided that the first contact element is designed as an earthing rod guided in the bore, in particular in the guide sleeve. In particular, the grounding rod is designed as a cylindrical rod which is received in the bore or the guide sleeve in the radial direction in a form-fitting and / or precisely fitting manner. Furthermore, the second contact element is designed as a contact body held on the closure element. The contact body is preferably designed as a ball, the grounding rod being designed as the wear part and the ball as the component part. The electrical contact is established via the non-rotatably connected ball on the locking element (stator) and the grounding rod connected to the shaft (rotor).
Somit ergibt sich vorteilhafter Weise durch den Kugelkontakt ein Punktkontakt an der Kontaktstelle zwischen den beiden Kontaktelementen, wodurch der Verschleiß des Erdungsstabes verringert werden kann. Zudem wird im Gegensatz zu radial wirkenden Wellenerdern, nicht die gesamte Wellenumfangsfläche pro Umdrehung am Erdungsstab vorbeigeführt.Thus, the ball contact advantageously results in point contact at the contact point between the two contact elements, whereby the wear of the grounding rod can be reduced. In addition, in contrast to radial shaft earths, not the entire circumferential surface of the shaft is guided past the earthing rod per revolution.
In einer konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass der Gehäuseraum einen Motorabschnitt aufweist, welcher zur Aufnahme des Rotors und Stators ausgebildet und/oder geeignet ist. Ferner weist der Gehäuseraum einen Getriebeabschnitt auf, welcher zur getriebetechnischen Anbindung der Welle mit einer Getriebeeinrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Getriebeeinrichtung kann als eine Kupplungseinrichtung und/oder als eine Schalteinrichtung und/oder als eine Übersetzungseinrichtung ausgebildet sein. Die Welle ist mit der Getriebeeinrichtung getriebetechnisch verbunden, insbesondere bildet die Welle eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Hierzu kann die Welle beispielsweise einen Getrieberadabschnitt aufweisen oder mit einem Getrieberad fest verbunden sein. Der Getrieberadabschnitt kann beispielsweise durch eine an der Welle angeordnete Verzahnungsgeometrie gebildet sein. Alternativ kann das Getrieberad als ein drehfest mit der Welle verbundenes Zahnrad ausgebildet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Motorabschnitt und der Getriebeabschnitt über einen Trennabschnitt in axialer Richtung zu der Hauptachse voneinander, insbesondere schmutzdicht und/oder öldicht, getrennt sind. Vorzugsweise bilden der Motorabschnitt und der Getriebeabschnitt gemeinsam den Gehäuseraum. Vorzugsweise ist die Welle durch den Trennabschnitt durchgeführt und gegenüber dem Trennabschnitt über ein Dichtungsorgan, z.B. ein weiterer Wellendichtring, abgedichtet. Besonders bevorzugt ist der Motorabschnitt wahlweise als der Ölbereich oder als der Trockenbereich und der Getriebeabschnitt wahlweise als der Ölbereich oder als der Trockenbereich realisiert.In a specific implementation, it is provided that the housing space has a motor section which is designed and / or suitable for receiving the rotor and stator. Furthermore, the housing space has a gear section which is designed and / or suitable for connecting the shaft to a gear unit in terms of gear technology. The transmission device can be designed as a clutch device and / or as a shift device and / or as a transmission device. The shaft is connected to the transmission device in terms of transmission technology, in particular the shaft forms an input shaft into the transmission device. For this purpose, the shaft can, for example, have a gear wheel section or be permanently connected to a gear wheel. The gear wheel section can be formed, for example, by a toothing geometry arranged on the shaft. Alternatively, the gear wheel can be designed as a gearwheel connected to the shaft in a rotationally fixed manner. It is preferably provided that the motor section and the gear section are separated from one another, in particular dirt-tight and / or oil-tight, via a separating section in the axial direction relative to the main axis. Preferably, the motor section and the gear section together form the housing space. The shaft is preferably passed through the separating section and sealed off from the separating section via a sealing element, for example a further shaft sealing ring. Particularly preferably, the motor section is optionally implemented as the oil area or as the dry area and the gear section optionally as the oil area or as the dry area.
Gemäß dieser Ausführung ist vorgesehen, dass die Ableitvorrichtung auf einer Motorseite des Motorabschnitts angeordnet ist. Insbesondere ist die Ableitvorrichtung endseitig an der Stirnseite der Welle angeordnet, welche in dem Motorabschnitt angeordnet und/oder aus diesem geführt ist. Somit ist die Ableitvorrichtung auf der Seite des Rotors angeordnet und dort installiert, wo die elektrische Ladung und/oder elektrische Spannung in dem Rotor entsteht, sodass diese räumlich nahe abgeführt werden kann.According to this embodiment it is provided that the diverting device is arranged on a motor side of the motor section. In particular, the discharge device is arranged at the end on the end face of the shaft, which is arranged in the motor section and / or is guided out of it. Thus, the discharge device is arranged on the side of the rotor and installed where the electrical charge and / or electrical voltage arises in the rotor, so that it can be dissipated spatially close.
Alternativ ist die Ableitvorrichtung auf einer Getriebeseite des Getriebeabschnitts angeordnet. Insbesondere ist die Ableitvorrichtung endseitig an der anderen Stirnseite der Welle angeordnet, welche in dem Getriebeabschnitt angeordnet ist und/oder aus diesem geführt ist. Somit ist die Ableitvorrichtung auf der Seite der Getriebeeinrichtung angeordnet, wobei durch diese Anordnung der Getriebeabschnitt mit der Getriebeeinrichtung geschützt ist, sodass etwaige Lager in der Getriebeeinrichtung keine Stromdurchgangsschäden erleiden.Alternatively, the diverting device is arranged on a transmission side of the transmission section. In particular, the discharge device is arranged at the end on the other end face of the shaft, which is arranged in the gear section and / or is guided out of it. Thus, the diverting device is arranged on the side of the transmission device, the transmission section with the transmission device being protected by this arrangement, so that any bearings in the transmission device do not suffer any damage through the passage of current.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine eine weitere Ableitvorrichtung aufweist. Die weitere Ableitvorrichtung ist dabei baugleich oder identisch zu der bereits zuvor beschriebenen Ableitvorrichtung ausgebildet. Dabei ist die eine Ableitvorrichtung auf der Motorseite und die andere Ableitvorrichtung auf der Getriebeseite angeordnet. Somit ist an jedem axialen Ende der Welle jeweils eine Ableitvorrichtung angeordnet. Dadurch kann eine besonders sichere Ableitung der Ströme/Spannungen erfolgen, sodass sämtliche Lager der elektrischen Maschine sicher geschützt werden können.In a development it is provided that the electrical machine has a further discharge device. The further diverting device is constructed to be identical or identical to the diverting device already described above. One diverting device is arranged on the engine side and the other diverting device on the transmission side. A diverting device is thus arranged at each axial end of the shaft. This enables the currents / voltages to be diverted particularly reliably, so that all bearings of the electrical machine can be safely protected.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Maschine als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2a, b unterschiedliche Darstellungen einer Ableitvorrichtung für die elektrische Maschine aus1 ; -
3a, b unterschiedliche Darstellungen einer weiteren Ableitvorrichtung für die elektrische Maschine aus1 .
-
1 a schematic sectional view of an electrical machine as an embodiment of the invention; -
2a, b different representations of a discharge device for the electrical machine1 ; -
3a, b different representations of a further discharge device for the electrical machine1 .
Die elektrische Maschine
Die elektrische Maschine
Ferner weist die elektrische Maschine
Die elektrische Maschine
Die Welle
Der Gehäuseraum
Der Trennabschnitt
Die Welle
Während des Betriebes können schädigende Spannungen auf die Welle
Um zu vermeiden, dass die Lagereinrichtungen
Die beiden Ableitvorrichtungen
Im Betrieb der elektrischen Maschine
Es wird hierzu vorgeschlagen, dass die erste und die zweite Ableitvorrichtung
Die
Die erste Kontakteinrichtung
Die zweite Kontakteinrichtung
Der Kontaktraum
Über die beiden miteinander elektrisch kontaktierten Kontaktelemente
Bevorzugt ist, dass das erste Kontaktelement
Zur Abschirmung des leitfähigen Abriebs gegenüber dem Motorabschnitt
Zusätzlich weist die Schutzeinheit
Somit ergibt sich ein vorteilhafter Aufbau der ersten Ableitvorrichtung
Die
Dabei weist die Schutzeinheit
Somit wird eine Ableitvorrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- elektrische Maschineelectric machine
- 22
- Rotorrotor
- 33
- Statorstator
- 44th
- Wellewave
- 4a, b4a, b
- Bohrungdrilling
- 55
- Gehäusecasing
- 66th
- GehäuseraumHousing space
- 77th
- erster Gehäuseabschnittfirst housing section
- 88th
- zweiter Gehäuseabschnittsecond housing section
- 9a, b, c9a, b, c
- LagereinrichtungenStorage facilities
- 1010
- MotorabschnittMotor section
- 1111
- GetriebeabschnittGear section
- 1212th
- TrennabschnittSeparation section
- 1313th
- DichtungsorganSealing element
- 1414th
- GetrieberadGear wheel
- 1515th
- erste Ableitvorrichtungfirst discharge device
- 1616
- zweite Ableitvorrichtungsecond discharge device
- 1717th
- erste Kontakteinrichtungfirst contact device
- 1818th
- zweite Kontakteinrichtungsecond contact device
- 1919th
- KontaktraumContact space
- 19a19a
- KontaktbereichContact area
- 19b19b
- AuffangbereichCatchment area
- 2020th
- SchutzeinheitProtection unit
- 21a, b21a, b
- KontaktelementeContact elements
- 2222nd
- FederorganSpring organ
- 2323
- FührungshülseGuide sleeve
- 2424
- VerschlusselementClosure element
- 25a, b25a, b
- GehäuseöffnungenHousing openings
- 2626th
- AbriebschutzeinrichtungAbrasion protection device
- 27a, b27a, b
- DichtungseinrichtungenSealing devices
- HH
- HauptachseMain axis
- ARAR
- axiale Richtungaxial direction
- GRGR
- axiale Gegenrichtungaxial opposite direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- JP 2013174326 A [0003]JP 2013174326 A [0003]
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