DE102019212036A1

DE102019212036A1 - Electric machine with suppressed electric discharge

Info

Publication number: DE102019212036A1
Application number: DE102019212036.9A
Authority: DE
Inventors: Jakob Branczeisz; Andreas Raichle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) aufweisend einen Rotor (2) und einen Stator (3), wobei der Stator (3) ein Statorjoch (5) und daran anschließende Statorzähne (6) umfasst, wobei an den Statorzähnen (6) elektrische Leiter zur Bildung einer oder mehrerer Wicklungen (7) angebracht sind, um den Rotor (2) anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) zumindest ein Zusatzelement (4) aufweist, das in einem Luftspalt (8) zwischen dem Rotor (2) und den Statorzähnen (6) angeordnet ist, dass das Zusatzelement (4) eine elektrisch leitfähige Schicht (11) und eine auf der elektrisch leifähigen Schicht (11) aufgebrachten dielektrische Schicht (12) aufweist, und dass die elektrisch leitfähige Schicht (11) den Statorzähnen (6) zugewandt und von den Statorzähnen (6) beabstandet ist.

The present invention relates to an electrical machine (1) having a rotor (2) and a stator (3), the stator (3) comprising a stator yoke (5) and adjoining stator teeth (6), with the stator teeth (6) electrical conductors are attached to form one or more windings (7) to drive the rotor (2), characterized in that the stator (3) has at least one additional element (4) which is located in an air gap (8) between the rotor ( 2) and the stator teeth (6) is arranged so that the additional element (4) has an electrically conductive layer (11) and a dielectric layer (12) applied to the electrically conductive layer (11), and that the electrically conductive layer (11 ) facing the stator teeth (6) and spaced apart from the stator teeth (6).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine weist eine optimierte Unterdrückung von elektrischen Entladungen zwischen Rotor und Stator auf.The present invention relates to an electrical machine. The electrical machine has an optimized suppression of electrical discharges between the rotor and stator.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt. Solche elektrischen Maschinen weisen einen Rotor und einen Stator auf, wobei sich elektromagnetische Felder von Rotor und Stator verketten, um eine Rotationsbewegung des Rotors zu erzeugen. Gleichzeitig kann es aufgrund der elektromagnetischen Felder zu kapazitiven Aufladungen zwischen Rotor und Stator kommen. Bei entsprechend hohem Potentialunterschied erfolgt eine elektrische Entladung zwischen diesen beiden elektrischen Potentialen. Die Entladung geschieht über den Weg des geringsten elektrischen Widerstands und/oder der höchsten Feldstärke des elektrischen Felds, das bedeutet an einer Stelle, wo die Durchschlagsfestigkeit lokal nicht oder nicht mehr gegeben ist. Dies sind zumeist Lagerstellen, das heißt insbesondere die Rotorhauptlagerung. Für die Lagerung des Rotors werden zumeist Wälzlager verwendet.Electrical machines are known from the prior art. Such electrical machines have a rotor and a stator, with electromagnetic fields from the rotor and stator being linked in order to generate a rotational movement of the rotor. At the same time, the electromagnetic fields can lead to capacitive charges between the rotor and stator. If there is a correspondingly high potential difference, an electrical discharge takes place between these two electrical potentials. The discharge takes place via the path of the lowest electrical resistance and / or the highest field strength of the electric field, that is, at a point where the dielectric strength is locally not or no longer given. These are mostly bearing points, that is to say in particular the main rotor bearing. Rolling bearings are mostly used to support the rotor.

Bei dem beschriebenen Entladevorgang wird der Stromstoß über den Innenring durch die Wälzkörper in den Außenring geleitet. Durch die hohe Energiedichte können hierbei nicht unerhebliche Schäden in den Lagerlaufflächen entstehen. Hierbei werden die Laufbahnen durch Beschädigung der Oberfläche beeinträchtigt, was zu verschlechterten Lagereigenschaften bis hin zum Totalausfall des Lagers führen kann. Solche Schäden, die aus dem beschriebenen Entladeeffekt resultieren, werden auch Elektropitting genannt.In the discharge process described, the current surge is conducted via the inner ring through the rolling elements into the outer ring. The high energy density can cause considerable damage to the bearing surfaces. In this case, the raceways are impaired by damage to the surface, which can lead to deteriorated bearing properties and even total failure of the bearing. Such damage resulting from the discharge effect described is also known as electropitting.

Es existieren bereits Ansätze, die Durchschlagsfestigkeit zu erhöhen. So offenbart die DE 100 64 021 A1 ein elektrisch schlecht leitendes Lagerfett, um eine Durchschlagsfestigkeit zwischen Wälzkörper und Lagerring zu erhöhen. There are already approaches to increase the dielectric strength. So reveals the DE 100 64 021 A1 a poorly electrically conductive bearing grease to increase dielectric strength between the rolling element and the bearing ring.

Außerdem ist aus der DE 20 2015 102 834 U1 eine Isolation des Lageraußenrings gegenüber dem Gehäuse bekannt.In addition, from the DE 20 2015 102 834 U1 an insulation of the bearing outer ring against the housing is known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist durch einen anderen Ansatz als im Stand der Technik modifiziert, um elektrische Entladungen zu unterdrücken. Insbesondere wird durch eine Reihenschaltung von zwei Kondensatoren erreicht, dass ein Potentialunterschied zwischen Rotor und Stator minimiert ist. Auf diese Weise ist erreichbar, dass Entladungen über die Lagerstellen nur mit geringer elektrischer Energie erfolgen können, wodurch die Gefahr von Elektropitting erheblich gesenkt ist.The electrical machine according to the invention is modified by a different approach than in the prior art in order to suppress electrical discharges. In particular, a series connection of two capacitors ensures that a potential difference between the rotor and the stator is minimized. In this way, it can be achieved that discharges via the bearing points can only take place with low electrical energy, as a result of which the risk of electropitting is considerably reduced.

Die elektrische Maschine weist einen Rotor und einen Stator auf. Der Stator umfasst ein Statorjoch und daran anschließende Statorzähne, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass sich die Statorzähne radial nach innen oder radial nach außen ausgehend von dem Statorjoch erstrecken. An den Statorzähnen sind elektrische Leiter zur Bildung einer oder mehrerer Wicklungen, insbesondere Stabwicklungen, angebracht, um elektromagnetische Felder zu erzeugen. Diese elektromagnetischen Felder lassen sich mit elektromagnetischen Feldern des Rotors verketten, um den Rotor anzutreiben. Der Rotor kann beispielsweise Permanentmagnete aufweisen. Zwischen dem Rotor und den Statorzähnen verbleibt ein Luftspalt, über den sich die elektromagnetischen Felder erstrecken.The electrical machine has a rotor and a stator. The stator comprises a stator yoke and adjoining stator teeth, it being provided in particular that the stator teeth extend radially inward or radially outward from the stator yoke. Electrical conductors for forming one or more windings, in particular bar windings, are attached to the stator teeth in order to generate electromagnetic fields. These electromagnetic fields can be linked with electromagnetic fields of the rotor in order to drive the rotor. The rotor can have permanent magnets, for example. An air gap remains between the rotor and the stator teeth, over which the electromagnetic fields extend.

In den Luftspalt zwischen dem Rotor und den Statorzähnen ist zumindest ein Zusatzelement angeordnet. Das Zusatzelement weist eine elektrisch leitfähige Schicht und eine auf der elektrisch leitfähigen Schicht aufgebrachte dielektrische Schicht auf. Die dielektrische Schicht und die elektrisch leitfähige Schicht sind somit bevorzugt unmittelbar aneinander angebracht. Die elektrisch leitfähige Schicht ist den Statorzähnen zugewandt und von den Statorzähnen beabstandet.At least one additional element is arranged in the air gap between the rotor and the stator teeth. The additional element has an electrically conductive layer and a dielectric layer applied to the electrically conductive layer. The dielectric layer and the electrically conductive layer are therefore preferably attached directly to one another. The electrically conductive layer faces the stator teeth and is at a distance from the stator teeth.

Auf diese Weise ist die Spannung, die ohne Zusatzelement zwischen Rotor und Stator aufgrund kapazitiver Aufladung anliegen würde, geteilt. So ist eine erste Spannung vorhanden, die zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und den Statorzähnen und/oder dem Statorjoch und/oder den Wicklungen anliegt. Eine zweite Spannung liegt zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Rotor an. Das Zusatzelement ist dabei als Teil des Stators anzusehen und steht somit fest. Dadurch verbleibt lediglich die zweite Spannung als Potentialunterschied zwischen Rotor und Stator, die durch die dielektrische Schicht und der daraus resultierenden erhöhten Kapazität des sich zwischen elektrisch leitfähiger Schicht und Rotor ergebenden Kondensators minimiert ist.In this way, the voltage that would be present between the rotor and stator due to capacitive charging without an additional element is divided. A first voltage is thus present, which is applied between the electrically conductive layer and the stator teeth and / or the stator yoke and / or the windings. A second voltage is applied between the electrically conductive layer and the rotor. The additional element is to be regarded as part of the stator and is therefore fixed. As a result, only the second voltage remains as a potential difference between the rotor and the stator, which is minimized by the dielectric layer and the resulting increased capacitance of the capacitor between the electrically conductive layer and the rotor.

Durch die Minimierung der Potentialunterschiede zwischen Rotor und Stator kann eine elektrische Entladung entweder vollständig unterdrückt werden, oder zumindest können die Auswirkungen der elektrischen Ladung aufgrund der verringerten zur Verfügung stehenden elektrischen Energie minimiert werden.By minimizing the potential differences between the rotor and stator, an electrical discharge can either be completely suppressed, or at least the effects of the electrical charge can be minimized due to the reduced electrical energy available.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Schicht mit den Statorzähnen und/oder dem Statorjoch und/oder den Wicklungen einen ersten Kondensator bildet. Mit dem Rotor bildet die elektrisch leitfähige Schicht einen zweiten Kondensator. Der zweite Kondensator weist eine größere Kapazität auf als der erste Kondensator. Der zweite Kondensator wird gebildet aus Rotor, dielektrischer Schicht und elektrisch leitfähiger Schicht des Zusatzelementes. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die elektrisch leitfähige Schicht den Statorzähnen und/oder dem Statorjoch und/oder den Wicklungen zugewandt ist, während zwischen elektrisch leitfähiger Schicht und Rotor die dielektrische Schicht vorhanden ist. Somit sind verschiedene Kapazitäten der sich ergebenden Kondensatoren vorhanden. Da sich die Einzelspannungen, die an den einzelnen Kondensatoren abfallen, aufgrund der Reihenschaltung der Kondensatoren umgekehrt proportional zu den Kapazitäten der Kondensatoren verhalten, ergibt sich eine minimierte Spannung zwischen dem Rotor und dem Stator, insbesondere zwischen dem Rotor und der elektrisch leitfähigen Schicht.It is preferably provided that the electrically conductive layer forms a first capacitor with the stator teeth and / or the stator yoke and / or the windings. The electrically conductive layer forms a second capacitor with the rotor. The second capacitor has a larger capacitance than the first capacitor. The second capacitor is formed from the rotor, dielectric layer and electrically conductive layer of the additional element. This is achieved in particular in that the electrically conductive layer faces the stator teeth and / or the stator yoke and / or the windings, while the dielectric layer is present between the electrically conductive layer and the rotor. Thus, there are different capacities of the resulting capacitors. Since the individual voltages that drop across the individual capacitors are inversely proportional to the capacitances of the capacitors due to the series connection of the capacitors, there is a minimized voltage between the rotor and the stator, in particular between the rotor and the electrically conductive layer.

Vorteilhafterweise ist das Zusatzelement derart ausgebildet, dass dieses eine Verbindungsschicht aufweist, die zur Befestigung des zumindest einen Zusatzelements an den Statorzähnen dient. Die Verbindungsschicht ist auf der elektrisch leitfähigen Schicht aufgebracht und befindet sich gegenüber der dielektrischen Schicht auf der elektrisch leitfähigen Schicht. Somit ist ein Sandwichaufbau realisiert, indem die elektrisch leitfähige Schicht zwischen der dielektrischen Schicht und der Verbindungsschicht angeordnet ist. Die dielektrische Schicht weist eine größere Dielektrizitätszahl auf als die Verbindungsschicht. Somit ist insbesondere sichergestellt, dass die Kapazität des Kondensators, der zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Rotor gebildet wird, eine größere Kapazität aufweist als der Kondensator, der zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und den Statorzähnen und/oder dem Statorjoch und/oder den Wicklungen gebildet ist. Durch die Verbindungsschicht ist das Zusatzelement vorteilhafterweise unmittelbar an den Statorzähnen befestigbar. Bei der Verbindungsschicht kann es sich vorteilhafterweise um einen Klebstoff handeln. Die Verbindungsschicht ist besonders bevorzugt elektrisch isolierend ausgebildet.The additional element is advantageously designed in such a way that it has a connecting layer which is used to attach the at least one additional element to the stator teeth. The connecting layer is applied to the electrically conductive layer and is located opposite the dielectric layer on the electrically conductive layer. A sandwich structure is thus implemented in that the electrically conductive layer is arranged between the dielectric layer and the connecting layer. The dielectric layer has a higher dielectric constant than the connecting layer. This ensures in particular that the capacitance of the capacitor that is formed between the electrically conductive layer and the rotor has a greater capacitance than the capacitor that is between the electrically conductive layer and the stator teeth and / or the stator yoke and / or the windings is formed. The additional element can advantageously be fastened directly to the stator teeth through the connecting layer. The connecting layer can advantageously be an adhesive. The connecting layer is particularly preferably designed to be electrically insulating.

Die Verbindungsschicht liegt besonders vorteilhaft unmittelbar an Zahnköpfen der Statorzähne an. Besonders vorteilhaft ist das Zusatzelement durch die Verbindungsschicht unmittelbar an den Zahnköpfen der Statorzähne befestigt. Das Zusatzelement erstreckt sich somit bevorzugt umlaufend um den Rotor und entlang sämtlicher Zahnköpfe in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine.The connecting layer lies particularly advantageously directly on the tooth tips of the stator teeth. The additional element is particularly advantageously fastened directly to the tooth tips of the stator teeth through the connecting layer. The additional element thus preferably extends circumferentially around the rotor and along all the tooth tips in the circumferential direction of the electrical machine.

Das Zusatzelement ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bevorzugt ein hohlzylinderförmiger Körper. Der hohlzylinderförmige Körper ist feststehend in der elektrischen Maschine angebracht und sowohl von dem Rotor als auch von den Zahnköpfen der Statorzähne beabstandet. In diesem Fall ist insbesondere ausreichend, wenn der Zusatzkörper lediglich die zwei Schichten wie zuvor beschrieben aufweist, das heißt die elektrisch leitfähige Schicht und die dielektrische Schicht. Aufgrund des Abstands zu den Zahnköpfen ist insbesondere keine Verbindungsschicht wie zuvor beschrieben notwendig. In diesem Fall ist der hohlzylinderförmige Körper insbesondere stirnseitig oder umfangsseitig an dem Statorjoch oder einer anderen feststehenden Komponente der elektrischen Maschine gehalten.In a further advantageous embodiment, the additional element is preferably a hollow cylindrical body. The hollow cylindrical body is fixedly mounted in the electrical machine and is spaced apart from both the rotor and the tooth tips of the stator teeth. In this case, it is particularly sufficient if the additional body has only the two layers as described above, that is to say the electrically conductive layer and the dielectric layer. Because of the distance to the tooth tips, in particular no connection layer as described above is necessary. In this case, the hollow cylindrical body is held in particular on the end face or circumferential side on the stator yoke or another stationary component of the electrical machine.

Die dielektrische Schicht weist insbesondere Bariumtitanat auf. Dieses Material weist eine hohe Dielektrizitätszahl auf und eignet sich somit optimal für die Verwendung in der dielektrischen Schicht. Denkbar ist auch jedes andere Material, welches eine möglichst hohe Dielektrizitätszahl aufweist.The dielectric layer has, in particular, barium titanate. This material has a high dielectric constant and is therefore ideally suited for use in the dielectric layer. Any other material that has the highest possible dielectric constant is also conceivable.

Die elektrisch leitfähige Schicht ist insbesondere derart ausgebildet, dass diese ein elektrisch nicht leitfähiges Trägermaterial, besonders vorteilhaft einen Lack, mit beigemischten elektrisch leitenden Partikeln umfasst. Die elektrisch leitfähigen Partikel sind bevorzugt ein metallisches Pulver und/oder Flitter. Ebenso kann als elektrisch leitfähige Partikel Kohle verwendet werden. Bei dem metallischen Pulver und/oder Flitter handelt es sich insbesondere um solches aus Aluminium. Eine derartige Ausgestaltung ist vorteilhaft gegenüber Wirbelstromfestigkeit, da die Ausbildung von Wirbelströmen in der elektrisch leitfähigen Schicht minimiert ist.The electrically conductive layer is designed in particular in such a way that it comprises an electrically non-conductive carrier material, particularly advantageously a lacquer, with admixed electrically conductive particles. The electrically conductive particles are preferably a metallic powder and / or flakes. Carbon can also be used as the electrically conductive particles. The metallic powder and / or tinsel is in particular made of aluminum. Such a configuration is advantageous compared to eddy current resistance, since the formation of eddy currents in the electrically conductive layer is minimized.

Das Zusatzelement ist besonders bevorzugt durch ein mehrschichtiges Spritzgussverfahren hergestellt. Insbesondere lassen sich so sämtliche Schichten des Zusatzelements fertigen. Dabei lässt sich insbesondere einfach und aufwandsarm das Zusammensetzen der einzelnen Schichten zu dem Zusatzelement erreichen.The additional element is particularly preferably produced by a multi-layer injection molding process. In particular, all layers of the additional element can be manufactured in this way. In particular, the individual layers can be combined to form the additional element in a simple and inexpensive manner.

Die elektrisch leitfähige Schicht weist bevorzugt eine Vielzahl von auf der dielektrischen Schicht angeordneten elektrisch leitfähigen Streifen auf. Die elektrisch leitfähigen Streifen erstrecken sich entlang einer Mittelachse der elektrischen Maschine und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Somit ist die Ausbildung von Wirbelströmen unterdrückt. Gleichzeitig ist das Zusatzelement aufgrund der durchgängigen dielektrischen Schicht ein einstückiges Bauteil und kann somit einfach und aufwandsarm gehandhabt werden. Dadurch ist die elektrische Maschine einfach und aufwandsarm herstellbar.The electrically conductive layer preferably has a multiplicity of electrically conductive strips arranged on the dielectric layer. The electrically conductive strips extend along a central axis of the electrical machine and are spaced from one another in the circumferential direction. The formation of eddy currents is thus suppressed. At the same time, due to the continuous dielectric layer, the additional element is a one-piece component and can thus be handled easily and with little effort. As a result, the electrical machine can be produced easily and with little effort.

Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eine der Schichten des Zusatzelements eine Folie und/oder ein Papier ist. Die Folie und/oder das Papier lassen sich ebenfalls besonders vorteilhaft zu einem Hohlzylinder formen, um das Zusatzelement zu bilden.In addition, it is preferably provided that at least one of the layers of the additional element is a film and / or paper. The film and / or the paper can also be shaped particularly advantageously into a hollow cylinder in order to form the additional element.

Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Schichten des Zusatzelements auch ein starrer, hohlzylindrischer Körper sein. Bevorzugt ist das gesamte Zusatzelement als starrer Körper ausgebildet. Dadurch ist eine Handhabung und Befestigung des Zusatzelements vereinfacht.Alternatively or additionally, at least one of the layers of the additional element can also be a rigid, hollow-cylindrical body. The entire additional element is preferably designed as a rigid body. This simplifies handling and fastening of the additional element.

Bevorzugt sind mehrere Zusatzelemente vorhanden. Diese sind ringsegmentförmig ausgebildet und in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet. Somit ist vorgesehen, dass die Zusatzelemente gemeinsam den Rotor umschließen. Insbesondere sind die Zusatzelemente elektrisch isoliert voneinander ausgebildet. Außerdem lassen sich die Zusatzelemente bevorzugt einzeln an den Statorzähnen, insbesondere über die Zusatzschicht, befestigen. Several additional elements are preferably present. These are designed in the shape of a ring segment and are arranged adjacent to one another in the circumferential direction. It is thus provided that the additional elements together enclose the rotor. In particular, the additional elements are designed to be electrically isolated from one another. In addition, the additional elements can preferably be attached individually to the stator teeth, in particular via the additional layer.

Alternativ dazu ist das Zusatzelement ein einzelner ringförmiger Körper. Dieser umschließt den Rotor in Umfangsrichtung. Bevorzugt ist dies der Fall, wenn das Zusatzelement ein starrer Körper wie zuvor beschrieben ist.Alternatively, the add-on element is a single annular body. This surrounds the rotor in the circumferential direction. This is preferably the case when the additional element is a rigid body as described above.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Ansicht eines Teilbereichs einer elektrischen Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Detailansicht des Zusatzelements der elektrischen Maschine gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
3 eine schematische Detailansicht des Zusatzelements der elektrischen Maschine in einer alternativen Ausgestaltung.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 a schematic view of a portion of an electrical machine according to an embodiment of the invention,
2 a schematic detailed view of the additional element of the electrical machine according to the embodiment of the invention, and
3 a schematic detailed view of the additional element of the electrical machine in an alternative embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf. Der Rotor 2 wiederum umfasst einen Statorjoch, von dem sich eine Vielzahl von Statorzähnen 6 erstrecken. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Maschine 1 ein Innenläufer, sodass sich die Statorzähne 6 bezüglich einer Mittelachse 100 radial nach innen erstrecken. Auf den Statorzähnen 6 sind Wicklungen 7 angebracht. 1 shows schematically an electrical machine 1 according to an embodiment of the invention. The electric machine 1 has a rotor 2 and a stator 3 on. The rotor 2 in turn comprises a stator yoke from which a large number of stator teeth extend 6th extend. In the embodiment shown is the electrical machine 1 an internal rotor, so that the stator teeth 6th with respect to a central axis 100 extend radially inward. On the stator teeth 6th are windings 7th appropriate.

Der Rotor 2 umfasst in der gezeigten Ausführungsform Permanentmagnete 15, sodass magnetische Felder der Permanentmagnete 15 mit den elektromagnetischen Feldern der Wicklungen 7 interagieren können, um somit den Rotor 2 anzutreiben.The rotor 2 comprises permanent magnets in the embodiment shown 15th so that magnetic fields of the permanent magnets 15th with the electromagnetic fields of the windings 7th can interact, thus making the rotor 2 to drive.

Zusätzlich zu dem Antrieb des Rotors 2 erfolgt auch ein kapazitives Aufladen von Rotor 2 und Stator 3, was zu unerwünschten elektrischen Entladungen führen kann. Daher weist der Stator 3 ein Zusatzelement 4 auf, das in einem Luftspalt 8 zwischen dem Rotor 2 und den Statorzähnen 6 angebracht ist. Die Statorzähne 6 weisen an ihrem radial inneren Ende jeweils einen Zahnkopf 9 auf, sodass sich der Luftspalt 8 zwischen einer radialen Außenseite des Rotors 2 und der Oberfläche der Zahnköpfe 9 erstreckt. Das Zusatzelement 4 kann entweder vollständig innerhalb des Luftspalts 8 angeordnet sein, das heißt sowohl beabstandet zu dem Rotor 2 als auch zu den Zahnköpfen 9, oder an den Zahnköpfen 9 anliegen. In jedem Fall ist vorgesehen, dass das Zusatzelement 4 als Teil des Stators 3 feststehend ausgebildet ist.In addition to driving the rotor 2 there is also a capacitive charging of the rotor 2 and stator 3 which can lead to undesirable electrical discharges. Hence the stator 3 an additional element 4th on that in an air gap 8th between the rotor 2 and the stator teeth 6th is appropriate. The stator teeth 6th each have a tooth tip at their radially inner end 9 so that the air gap 8th between a radial outside of the rotor 2 and the surface of the tooth tips 9 extends. The additional element 4th can either be completely within the air gap 8th be arranged, that is, both at a distance from the rotor 2 as well as to the tooth tips 9 , or at the tooth tips 9 issue. In any case, it is provided that the additional element 4th as part of the stator 3 is designed to be fixed.

2 zeigt schematisch eine Detailansicht des Zusatzelements 4 der elektrischen Maschine 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Außerdem ist ein elektrisches Ersatzschaltbild dargestellt. 2 shows schematically a detailed view of the additional element 4th the electric machine 1 according to the embodiment of the invention. An equivalent electrical circuit diagram is also shown.

Die Zusatzschicht 4 weist in dem in 2 gezeigten Beispiel eine Verbindungsschicht 10 auf, die unmittelbar an den Zahnköpfen 9 der Statorzähne 6 anliegt. Unmittelbar an die Verbindungsschicht 10 grenzt eine elektrisch leitfähige Schicht 11 an. Wiederum an die elektrisch leitfähige Schicht 11 unmittelbar angrenzend ist eine dielektrische Schicht 12 vorgesehen. Somit ist eine Sandwichbauweise erreicht, bei der sich die elektrisch leitfähige Schicht 11 zwischen der dielektrischen Schicht 12 und der Verbindungsschicht 10 befindet.The additional layer 4th points in the in 2 Example shown a connection layer 10 on, which is directly on the tooth tips 9 the stator teeth 6th is applied. Immediately to the connection layer 10 borders an electrically conductive layer 11 at. Again to the electrically conductive layer 11 immediately adjacent is a dielectric layer 12 intended. A sandwich construction is thus achieved in which the electrically conductive layer is 11 between the dielectric layer 12 and the tie layer 10 is located.

Die elektrisch leitfähige Schicht 11 bildet sowohl mit dem Rotor 2 als auch mit dem Statorjoch 5 und/oder den Statorzähnen 6 und/oder den Wicklungen 7 jeweils einen Kondensator.The electrically conductive layer 11 forms with both the rotor 2 as well as with the stator yoke 5 and / or the stator teeth 6th and / or the windings 7th one capacitor each.

Durch die Verbindungsschicht 10 ist das Zusatzelement 4 mit den Statorzähnen 6 verbunden. Insbesondere handelt es sich bei der Verbindungsschicht 10 zumindest teilweise um Klebstoff, um das Zusatzelement 4 an die Statorzähne 6, insbesondere an die Zahnköpfe 9, zu kleben. Die Zusatzschicht 10 ist besonders vorteilhaft elektrisch isolierend ausgebildet. Das Zusatzelement 4 kann aufgrund dieser Befestigung an den Zahnköpfen 9 als dünne Folie und/oder als Papier ausgebildet sein.Through the connection layer 10 is the additional element 4th with the stator teeth 6th connected. In particular, it is the connection layer 10 at least partially around adhesive, around the additional element 4th to the stator teeth 6th , especially on the tooth tips 9 to glue. The additional layer 10 is particularly advantageously designed to be electrically insulating. The additional element 4th can due to this attachment to the tooth tips 9 be designed as a thin film and / or as paper.

Die elektrisch leitfähige Schicht 11 bildet mit dem Statorjoch 5 und/oder den Statorzähnen 6 und/oder den elektrischen Wicklungen 7 einen ersten Kondensator 200, der ein erstes Dielektrikum 13 aufweist. Mit dem Rotor bildet die elektrisch leitfähige Schicht 11 einen zweiten Kondensator 300, der ein zweites Dielektrikum 14 aufweist. Dabei ist das erste Dielektrikum 13 des ersten Kondensators 200 insbesondere durch die Verbindungsschicht 10 gebildet, während es sich bei dem zweiten Dielektrikum 14 um eine Kombination aus der dielektrischen Schicht 12 und dem verbleibendem Luftspalt 8 handelt.The electrically conductive layer 11 forms with the stator yoke 5 and / or the stator teeth 6th and / or the electrical windings 7th a first capacitor 200 , who is a first dielectric 13 having. The electrically conductive layer forms with the rotor 11 a second capacitor 300 having a second dielectric 14th having. Here is the first dielectric 13 of the first capacitor 200 especially through the connection layer 10 while it is the second dielectric 14th a combination of the dielectric layer 12 and the remaining air gap 8th acts.

In einer Ausführungsform kann die Verbindungsschicht 10 wegfallen, sodass das erste Dielektrikum 13 des ersten Kondensators 200 ebenfalls durch Luft gebildet ist. In jedem Fall ist vorgesehen, dass die Dielektrizitätszahl der dielektrischen Schicht größer ist als die Dielektrizitätszahl der Verbindungsschicht 10. Dadurch ist in jedem Fall erreicht, dass die Kapazität des zweiten Kondensators 300 größer ist als die Kapazität des ersten Kondensators 200.In one embodiment, the tie layer 10 fall away, so the first dielectric 13 of the first capacitor 200 is also formed by air. In any case, it is provided that the dielectric constant of the dielectric layer is greater than the dielectric constant of the connecting layer 10 . This means that the capacitance of the second capacitor is achieved in each case 300 is greater than the capacitance of the first capacitor 200 .

Der erste Kondensator 200 ist somit innerhalb des Stators 3 gebildet. Lediglich der zweite Kondensator 300 ist zwischen Stator 3 und Rotor 2 gebildet. Gleichzeitig ist eine Reihenschaltung zwischen dem ersten Kondensator 200 und dem zweiten Kondensator 300 realisiert. Durch diese Reihenschaltung verhalten sich die einzelnen elektrischen Spannungen, die an den Kondensatoren 200, 300 abfallen, umgekehrt proportional zu den Kapazitäten der Kondensatoren 200, 300. Da die Kapazität des zweiten Kondensators 300 größer ist als die Kapazität des ersten Kondensators 200, ist die am zweiten Kondensator 300 abfallende, und damit zwischen Rotor 2 und Stator 3 anliegende, elektrische Spannung minimiert. Insbesondere lässt sich durch entsprechende Ausgestaltung der dielektrischen Schicht 12 erreichen, dass die Kapazität des zweiten Kondensators 300 erheblich größer ist als die des ersten Kondensators 200, sodass nur eine erheblich verringerte elektrische Spannung zwischen Rotor 2 und Stator 3 anliegt. Dadurch ist die Gefahr von Elektropitting gesenkt.The first capacitor 200 is thus inside the stator 3 educated. Only the second capacitor 300 is between stator 3 and rotor 2 educated. At the same time there is a series connection between the first capacitor 200 and the second capacitor 300 realized. Through this series connection, the individual electrical voltages that act on the capacitors behave 200 , 300 drop, inversely proportional to the capacitance of the capacitors 200 , 300 . Because the capacitance of the second capacitor 300 is greater than the capacitance of the first capacitor 200 , is the one on the second capacitor 300 sloping, and thus between rotor 2 and stator 3 applied electrical voltage is minimized. In particular, by appropriately designing the dielectric layer 12 achieve that the capacitance of the second capacitor 300 is considerably larger than that of the first capacitor 200 so that only a considerably reduced electrical voltage between the rotor 2 and stator 3 is applied. This reduces the risk of electropitting.

Das Zusatzelement 4 ist bevorzugt durch ein mehrschichtiges Spritzgussverfahren hergestellt. Somit lassen sich die elektrisch leitfähige Schicht 11, die dielektrische Schicht 12 und falls vorhanden die Verbindungsschicht 10 einfach und aufwandsarm herstellen. Die elektrisch leitfähige Schicht weist vorteilhafterweise ein Trägermaterial, insbesondere einen Lack, mit beigemischtem Pulver und/oder Flitter aus Aluminium auf. Eine solche Ausgestaltung ist vorteilhaft, da das Auftreten von Wirbelströmen in der elektrisch leitfähigen Schicht 11 unterdrückt ist.The additional element 4th is preferably produced by a multi-layer injection molding process. Thus, the electrically conductive layer 11 , the dielectric layer 12 and if present the connection layer 10 manufacture easily and with little effort. The electrically conductive layer advantageously has a carrier material, in particular a lacquer, with added powder and / or tinsel made of aluminum. Such a configuration is advantageous because eddy currents occur in the electrically conductive layer 11 is suppressed.

3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Unterdrückung von Wirbelströmen in der elektrisch leitfähigen Schicht. So ist in 3 eine alternative Ausgestaltung des Zusatzelements 4 gezeigt. Die elektrisch leitfähige Schicht 11 weist eine Vielzahl von auf der dielektrischen Schicht 12 angeordneten elektrisch leitfähigen Streifen 11 auf. Diese erstrecken sich entlang der Mittelachse 100 und sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Somit ist die Ausbildung von Wirbelströmen erschwert. Gleichzeitig ist das Zusatzelement weiterhin einteilig handhabbar und kann somit einfach und aufwandsarm in der elektrischen Maschine montiert werden. 3 shows a further possibility for suppressing eddy currents in the electrically conductive layer. So is in 3 an alternative embodiment of the additional element 4th shown. The electrically conductive layer 11 has a plurality of on the dielectric layer 12 arranged electrically conductive strips 11 on. These extend along the central axis 100 and are circumferentially spaced from each other. The formation of eddy currents is thus made more difficult. At the same time, the additional element can still be handled in one piece and can therefore be installed in the electrical machine easily and with little effort.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 10064021 A1 [0004]
DE 202015102834 U1 [0005]

Claims

Electrical machine (1) having a rotor (2) and a stator (3), the stator (3) comprising a stator yoke (5) and adjoining stator teeth (6), with electrical conductors on the stator teeth (6) to form a or several windings (7) are attached to drive the rotor (2), characterized in that the stator (3) has at least one additional element (4) which is located in an air gap (8) between the rotor (2) and the stator teeth (6) is arranged that the additional element (4) has an electrically conductive layer (11) and a dielectric layer (12) applied to the electrically conductive layer (11), and that the electrically conductive layer (11) the stator teeth (6 ) facing and spaced from the stator teeth (6).

Electric machine (1) according to Claim 1 , characterized in that the electrically conductive layer (11) with the stator teeth (6) and / or the stator yoke (5) and / or the windings (7) has a first capacitor (200) and with the rotor (2) a second capacitor (300) forms, wherein the second capacitor (300) has a higher capacitance than the first capacitor (200).

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the additional element (4) has a connecting layer (10) for fastening the additional element (4) to the stator teeth (6), the connecting layer (10) on the electrically conductive Layer (11) is applied to a side opposite the dielectric layer (12), the dielectric layer (12) having a higher dielectric constant than the connecting layer (10).

Electric machine (1) according to Claim 3 , characterized in that the connecting layer (10) rests directly on the tooth tips (9) of the stator teeth (6), in particular in order to attach the additional element (4) to the tooth tips (9).

Electric machine (1) according to Claim 3 or 4th , characterized in that the connecting layer (10) contains an adhesive, in particular with a low dielectric constant, which is designed to glue the additional element (4) and stator teeth (6).

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the additional element (4) is a hollow cylindrical body which is spaced apart from both the rotor (2) and the tooth tips (9) of the stator teeth (6) and, in particular, at the front or on the circumferential side, on the stator yoke (5) or another fixed component of the electrical machine (1).

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric layer (12) comprises barium titanate.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive layer (11) is an electrically non-conductive carrier material, in particular a lacquer, with admixed electrically conductive particles, in particular a powder and / or tinsel, preferably made of carbon and / or metal, particularly preferably made of aluminum.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the additional element (4) is produced by a multi-layer injection molding process.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive layer (11) has a plurality of electrically conductive strips (11) arranged on the dielectric layer (12) and extending along a central axis (100) of the electrical machine (1) and which are spaced from one another in the circumferential direction.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the layers of the additional element (4) is a film and / or a paper.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the layers of the additional element (4) is a rigid body.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that several additional elements (4) are present, the additional elements (4) being designed in the shape of a ring segment and jointly surrounding the rotor (2) in the circumferential direction.

Electric machine (1) according to one of the Claims 1 to 12 , characterized in that the additional element (4) is a single annular body which surrounds the rotor (2).