DE102020119719A1 - Discharge device for an electrical machine and electrical machine with the discharge device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Ableitvorrichtung 15 für eine elektrische Maschine 1 zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von einem Rotor 2 über eine Welle 4 zu einem Gehäuseabschnitt 7, wobei der Gehäuseabschnitt 7 einen Gehäuseraum 6 begrenzt, mit einer ersten Kontakteinrichtung 16 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit der Welle 4, mit einer zweiten Kontakteinrichtung 17 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit dem Gehäuseabschnitt 7, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung 16, 17 um eine Hauptachse H relativ zueinander verdrehbar sind und in einem gegenüber dem Gehäuseraum 6 abgedichteten Kontaktraum 18 elektrisch miteinander in Verbindung stehen, vorgeschlagen, wobei der Kontaktraum 18 mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 gefüllt ist, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung 16, 17 über die elektrische leitfähige Flüssigkeit 19 miteinander elektrisch leitend verbunden sind.A discharge device 15 for an electrical machine 1 for discharging an electrical charge and/or voltage from a rotor 2 via a shaft 4 to a housing section 7, with the housing section 7 delimiting a housing space 6, with a first contact device 16 for electrical and mechanical Connection to the shaft 4, with a second contact device 17 for the electrical and mechanical connection to the housing section 7, the first and the second contact device 16, 17 being rotatable relative to one another about a main axis H and electrically in a contact space 18 sealed off from the housing space 6 are in connection with each other, proposed, wherein the contact space 18 is filled with an electrically conductive liquid 19, wherein the first and the second contact device 16, 17 are electrically conductively connected to one another via the electrically conductive liquid 19.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ableitvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit der Ableitvorrichtung.The invention relates to a discharge device with the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to an electrical machine with the discharge device.
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.Electrical machines, in particular electrical traction machines, are electrically charged during operation by induced shaft voltages. In addition, circulating high-frequency currents can arise in motors with high performance classes. Such electrical machines generally have a rotor and a rotor shaft, which are mounted in a housing via roller bearings. Due to electrical discharges or the circulating high-frequency currents, the roller bearings can be damaged. In order to avoid this, a dissipation of this electrical energy is necessary. For example, grounding brushes or radially acting grinding elements (carbon brushes) are known for this purpose, which serve to ground the rotor shaft. Furthermore, axially acting shaft grounding systems are known.
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ableitvorrichtung zu schaffen, welche sich durch eine verbesserte Ableitfähigkeit und durch Verschleißfreiheit auszeichnet. The object of the invention is to provide a discharge device which is characterized by improved discharge capability and freedom from wear.
Diese Aufgabe wird durch eine Ableitvorrichtung mit den Merkmalen das Anspruchs 1 sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a discharge device having the features of claim 1 and an electrical machine having the features of claim 8. Preferred or advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims, the following description and the attached figures.
Die Erfindung betrifft eine Ableitvorrichtung, welche für eine elektrische Maschine ausgebildet und/oder geeignet ist. 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 invention relates to a discharge device which is designed and/or suitable for an electrical machine. 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, with the housing section forming part of the housing, for example an end shield. 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. 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.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 to one another. The shaft is electrically and gear-connected to the rotor. 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 non-rotatably, rigidly and/or integrally connected to the rotor. Preferably, the housing portion is 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 exactly two bearing devices, which form or also form the rotor bearing. The rotor is preferably arranged between the two bearing devices in the housing space, with the shaft being rotatably mounted via the bearing devices in the housing space and/or on the housing section.
Die Ableitvorrichtung ist zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung, ausgehend von dem Rotor über die Welle zu dem Gehäuseabschnitt ausgebildet und/oder geeignet. Insbesondere bildet die Ableitvorrichtung 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 discharge device is designed and/or suitable for dissipating 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 present both stationary and dynamic, ie during operation of the electrical machine.
Die Ableitvorrichtung weist 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.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 is used for the mechanical connection to the shaft, in particular so that the first contact device is fixed to the shaft. The second contact device is used for the electrical connection to the housing section. Furthermore, the second contact device is used 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. During operation of the electrical machine, the shaft rotates about the main axis, with 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 stehen in einem gegenüber dem Gehäuseraum abgedichteten Kontaktraum elektrisch miteinander in Verbindung. Vorzugsweise sind der Kontaktraum und der Gehäuseraum voneinander dichtend getrennt und/oder gegeneinander abgedichtet. Der Kontaktraum ist insbesondere in axialer und/oder radialer Richtung durch die erste und/oder die zweite Kontakteinrichtung begrenzt. Bevorzugt ist der Kontaktraum als ein die Hauptachse umlaufender Ringraum definiert, welcher zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinrichtung gebildet ist. 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.The first and second contact devices are electrically connected to one another in a contact space that is sealed off from the housing space. The contact space and the housing space are preferably separated from one another in a sealing manner and/or sealed off from one another. The contact space is delimited in particular in the axial and/or radial direction by the first and/or the second contact device. The contact space is preferably defined as an annular space surrounding the main axis, which is formed between the first and the second contact device. The two contact devices are arranged coaxially to one another in relation 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 "frontal shaft earthing device".
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kontaktraum mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gefüllt ist. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige Flüssigkeit als ein Öl, Fett, Flüssigmetall, ionische Flüssigkeit oder dergleichen ausgebildet sein, welche selbst elektrisch leitfähig sind und/oder mit elektrisch leitfähigen Additiven versetzt sind. Vorzugsweise ist der Kontaktraum vollständig mit der elektrischen leitfähigen Flüssigkeit gefüllt. Alternativ kann der Kontaktraum jedoch auch teilweise und/oder größtenteils mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit befüllt sein. Die erste und die zweite Kontakteinrichtung sind über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit miteinander elektrisch leitend verbunden. Insbesondere sind die beiden Kontakteinrichtungen in dem Kontaktraum voneinander beabstandet, wobei eine elektrische Kontaktierung ausschließlich über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit erfolgt. Insbesondere verläuft somit ein Strompfad von dem Rotor über die Welle und die erste Kontakteinrichtung über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 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.In the context of the invention it is proposed that the contact space is filled with an electrically conductive liquid. For example, the electrically conductive liquid can be in the form of an oil, fat, liquid metal, ionic liquid or the like, which are themselves electrically conductive and/or have electrically conductive additives added to them. The contact space is preferably completely filled with the electrically conductive liquid. Alternatively, however, the contact space can also be partially and/or largely filled with the electrically conductive liquid. The first and the second contact device are electrically conductively connected to one another via the electrically conductive liquid. In particular, the two contact devices are spaced apart from one another in the contact space, with electrical contact being made exclusively via the electrically conductive liquid. In particular, a current path thus runs from the rotor via the shaft and the first contact device via the electrically conductive liquid to the second contact device and the housing section. The current path formed by the diverting device has a lower resistance compared to the storage devices, so that the discharge currents and/or voltages are diverted via the diverting device.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit, ein verschleißfreier Kontakt zwischen den beiden Ableitvorrichtungen hergestellt ist, sodass die Ableitvorrichtung sehr reibungsarm und ohne Abnutzung betrieben werden kann. Im Gegensatz zu Reibkontakten, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, entsteht bei der vorgeschlagenen Ableitvorrichtung kein leitfähiger Abrieb, wodurch eine Gefahr von Kurzschlüssen durch den Abrieb in der elektrischen Maschine ausgeschlossen ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Kontaktierung über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit, ein lageunabhängiger Betrieb der Ableitvorrichtung möglich ist, da über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit ein dauerhafter Kontakt zwischen den beiden Kontakteinrichtungen hergestellt ist.The advantage of the invention is, in particular, that a wear-free contact is established between the two diverting devices via the electrically conductive liquid, so that the diverting device can be operated with very little friction and without wear. In contrast to friction contacts, as is known from the prior art, no conductive abrasion occurs in the proposed discharge device, which means that there is no risk of short circuits due to abrasion in the electrical machine. A further advantage of the invention is that the contacting via the electrically conductive liquid enables position-independent operation of the discharge device, since permanent contact is established between the two contact devices via the electrically conductive liquid.
In einer konkreten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der Kontakteinrichtungen als eine Hülse und die andere Kontakteinrichtung als ein Erdungsstab ausgebildet ist. Prinzipiell kann die Hülse dem Gehäuseabschnitt und der Erdungsstab der Welle zugeordnet sein. Bevorzugt jedoch ist die Hülse der Welle und der Erdungsstab dem Gehäuseabschnitt zugeordnet. Insbesondere ist die Hülse in einer Grobform als eine einseitig geschlossene Zylinderhülse ausgebildet. Insbesondere ist der Erdungsstab in einer Grobform als ein Zylinderstab ausgebildet. Vorzugsweise sind die Hülse und der Erdungsstab aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. Stahl, Eisen, Kupfer oder dergleichen, gebildet. Die Hülse weist den Kontaktraum mit der elektrischen leitfähigen Flüssigkeit auf, wobei der Erdungsstab abschnittsweise in der Hülse angeordnet ist, sodass der Erdungsstab in dem Kontaktraum in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit eintaucht. Insbesondere sind der Erdungsstab und die Hülse relativ zueinander um die Hauptachse verdrehbar, wobei der Erdungsstab und die Hülse bei einer Relativverdrehung dauerhaft über die elektrische leitfähige Flüssigkeit in Kontakt stehen. Vorzugsweise sind die Hülse und der Erdungsstab in Bezug auf die Hauptachse koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet. Bevorzugt ist der Erdungsstab in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse in die Hülse eingesteckt und gegenüber der Hülse abgedichtet. Dabei ist der Kontaktraum in axialer Richtung einerseits durch die Hülse selbst und andererseits durch den in der Hülse dichtend aufgenommenen Erdungsstab begrenzt. Es wird somit eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet und zudem in einfacher Weise in ein bestehendes System integriert werden kann.A specific embodiment of the invention provides that one of the contact devices is designed as a sleeve and the other contact device as a grounding rod. In principle, the sleeve can be assigned to the housing section and the grounding rod to the shaft. However, the sleeve is preferably associated with the shaft and the grounding rod is associated with the housing section. In particular, the sleeve is embodied in a rough form as a cylinder sleeve that is closed on one side. In particular, the grounding rod is embodied in a rough form as a cylindrical rod. Preferably, the sleeve and grounding rod are formed from an electrically conductive material such as steel, iron, copper or the like. The sleeve has the contact space with the electrically conductive liquid, with the grounding rod being arranged in sections in the sleeve, so that the grounding rod dips into the electrically conductive liquid in the contact space. In particular, the grounding rod and the sleeve can be rotated relative to one another about the main axis, with the grounding rod and the sleeve being in permanent contact via the electrically conductive liquid when they are rotated relative to one another. Preferably, the sleeve and the grounding rod are arranged coaxially and/or concentrically with respect to the main axis. The grounding rod is preferably inserted into the sleeve in the axial direction with respect to the main axis and is sealed off from the sleeve. In this case, the contact space is delimited in the axial direction on the one hand by the sleeve itself and on the other hand by the grounding rod which is sealingly accommodated in the sleeve. A discharge device is thus proposed which is characterized by a simple and inexpensive design and can also be easily integrated into an existing system.
In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass die Hülse einen Dichtabschnitt zur Aufnahme einer Dichtungseinrichtung und einen sich an den Dichtabschnitt anschließenden Kontaktabschnitt zur Bildung des Kontaktraums aufweist. Insbesondere schließt sich der Kontaktabschnitt in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse unmittelbar an den Dichtabschnitt an. Die Hülse kann als ein Blechformbauteil ausgebildet sein, wobei der Kontaktabschnitt und der Dichtabschnitt umformtechnisch gebildet sind. Vorzugsweise weist der Kontaktabschnitt einen kleineren Innendurchmesser als der Dichtabschnitt auf. Insbesondere ist der Erdungsstab in axialer und in radialer Richtung beabstandet zu dem Kontaktabschnitt angeordnet. Dabei ist der Abstand in axialer und radialer Richtung so groß bemessen, dass über die Toleranzen kein Kontakt zwischen dem Erdungsstab und der Hülse besteht. Alternativ oder optional ergänzend ist der Abstand in axialer und/oder radialer Richtung so gering bemessen, dass das Volumen des Kontaktraums minimal ist. Vorzugsweise ist der Erdungsstab innerhalb des Dichtabschnitts dichtend an der Hülse abgestützt und/oder über den Dichtabschnitt dichtend geführt. Bevorzugt ist der Kontaktabschnitt in Bezug auf die Hauptachse in einer axialen Richtung geschlossen und der Dichtabschnitt in einer axialen Gegenrichtung geöffnet, sodass der Erdungsstab in der axialen Richtung über den Dichtabschnitt in den Kontaktabschnitt eingeschoben und/oder einschiebbar ist. Beispielsweise ist der Kontaktabschnitt vor einer Montage des Erdungsstabs mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit vorbefüllt, wobei der Erdungsstab beim Einschieben in die Hülse in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit eintaucht und/oder den Kontaktraum fluiddicht verschließt. Es wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche sich durch einen einfachen Zusammenbau uns somit durch eine einfache und kostengünstige Montage auszeichnet.In a further specification, it is provided that the sleeve has a sealing section for accommodating a sealing device and a contact section adjoining the sealing section for forming the contact space. In particular, the contact section directly adjoins the sealing section in the axial direction with respect to the main axis. The sleeve can be designed as a shaped sheet metal component, with the contact section and the sealing section being formed by metal forming. The contact section preferably has a smaller inside diameter than the sealing section. In particular, the grounding rod is arranged at a distance from the contact section in the axial and in the radial direction. Here is the Measure the distance in the axial and radial directions so that there is no contact between the earthing rod and the sleeve due to the tolerances. Alternatively or optionally in addition, the distance in the axial and/or radial direction is dimensioned so small that the volume of the contact space is minimal. The grounding rod is preferably supported in a sealing manner on the sleeve within the sealing section and/or is guided over the sealing section in a sealing manner. The contact section is preferably closed in an axial direction with respect to the main axis and the sealing section is open in an opposite axial direction, so that the grounding rod is and/or can be pushed in the axial direction via the sealing section into the contact section. For example, the contact section is pre-filled with the electrically conductive liquid before the grounding rod is installed, with the grounding rod being immersed in the electrically conductive liquid when it is pushed into the sleeve and/or sealing the contact space in a fluid-tight manner. A discharge device is proposed which is characterized by simple assembly and thus simple and inexpensive installation.
In einer weiteren konkreten Umsetzung weist die Ableitvorrichtung eine Dichtungseinrichtung auf, welche zur Abdichtung des Kontaktraums ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere hat die Dichtungseinrichtung die Funktion, den Kontaktraum gegenüber einer Umgebung, insbesondere dem Gehäuseraum, gegen einen Austritt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit und/oder gegen einen Eintritt von Fremdpartikeln, wie z.B. Staub, Feuchtigkeit, Spritzwasser, Öl etc., aus der Umgebung zu schützen. Hierzu ist der Kontaktraum vorzugsweise geschlossen ausgebildet und in axialer Richtung durch die Dichtungseinrichtung gegenüber der Umgebung abgetrennt. Insbesondere dient die Dichtungseinrichtung zur dynamischen und statischen Abdichtung des Kontaktraums, sodass dieser im Stillstand als auch im Betrieb gegenüber der Umgebung, insbesondere dem Gehäuseraum, abgedichtet ist. Bevorzugt bildet die Dichtungseinrichtung eine fluiddichte, insbesondere öldichte, Abtrennung des Kontaktraums. Die Dichtungseinrichtung ist in axialer Richtung, in Bezug auf die Hauptachse formschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Dichtabschnitt aufgenommen, wobei der Erdungsstab über die Dichtungseinrichtung dichtend an einem Innenumfang der Hülse abgestützt ist. Insbesondere ist die Dichtungseinrichtung über eine Presspassung in dem Dichtabschnitt kraftschlüssig gehalten. Alternativ oder optional ergänzend ist die Dichtungseinrichtung in der axialen Richtung und/oder in der axialen Gegenrichtung formschlüssig gehalten. Bevorzugt ist die Dichtungseinrichtung als eine berührende Rotationsdichtung, beispielsweise als ein Radial-Wellendichtring, ein Filzring oder eine Wellenlippendichtung, ausgebildet. Somit wird ein besonders dichtes System vorgeschlagen, welches sich beispielsweise für den Einsatz in trockenen als auch nassen Umgebungen einsetzen lässt.In a further specific implementation, the diverting device has a sealing device which is designed and/or suitable for sealing the contact space. In particular, the sealing device has the function of protecting the contact space from the environment, in particular the housing space, from the electrically conductive liquid escaping and/or from the ingress of foreign particles, such as dust, moisture, splash water, oil, etc., from the environment . For this purpose, the contact space is preferably of closed design and is separated from the environment in the axial direction by the sealing device. In particular, the sealing device is used for dynamic and static sealing of the contact space, so that it is sealed off from the environment, in particular from the housing space, both at a standstill and during operation. The sealing device preferably forms a fluid-tight, in particular oil-tight, separation of the contact space. The sealing device is accommodated in the sealing section with a positive and/or non-positive fit in the axial direction, with respect to the main axis, the grounding rod being supported in a sealing manner via the sealing device on an inner circumference of the sleeve. In particular, the sealing device is held in a non-positive manner via a press fit in the sealing section. Alternatively or optionally in addition, the sealing device is held in a form-fitting manner in the axial direction and/or in the opposite axial direction. 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. A particularly tight system is thus proposed, which can be used, for example, for use in both dry and wet environments.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dichtungseinrichtung als eine doppeltwirkende Rotationsdichtung ausgebildet ist. Hierzu weist die Dichtungseinrichtung eine erste und eine zweite Dichtlippe auf, welche in axialer Richtung beabstandet voneinander an einem Außenumfang des Erdungstabs radial anlaufen. Prinzipiell können die erste und die zweite Dichtlippe jeweils durch zwei separate Dichtungen, z.B. Radialwellendichtringe, gebildet, sein. Bevorzugt jedoch weist die Dichtungseinrichtung einen zylindrischen Grundkörper auf, wobei die beiden Dichtlippen an einem Innenumfang des Grundkörpers angeformt sind. Insbesondere sind der Grundkörper sowie die beiden Dichtlippen aus einem elastischen Material gebildet. Alternativ kann der Grundkörper jedoch aus einem härteren Material als die beiden Dichtlippen, z.B. ein harter Kunststoff, Metall oder dergleichen, gebildet sein. Durch die beiden Dichtlippen wird eine besonders hohe Abdichtung, insbesondere während einer Rotation der Welle gewährleistet, wobei ein Austritt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit bzw. ein Eintritt von Fremdpartikel deutlich reduziert bzw. verhindert ist.In a further development it is provided that the sealing device is designed as a double-acting rotary seal. For this purpose, the sealing device has a first and a second sealing lip, which, spaced apart from one another in the axial direction, abut radially on an outer circumference of the grounding rod. In principle, the first and the second sealing lip can each be formed by two separate seals, e.g. radial shaft sealing rings. However, the sealing device preferably has a cylindrical base body, with the two sealing lips being formed on an inner circumference of the base body. In particular, the base body and the two sealing lips are made of an elastic material. Alternatively, however, the base body can be made of a harder material than the two sealing lips, e.g. a hard plastic, metal or the like. The two sealing lips ensure particularly tight sealing, in particular during rotation of the shaft, with the electrically conductive liquid escaping or foreign particles entering being significantly reduced or prevented.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Hülse an ihrem Innenumfang eine Formschlusskontur und der Erdungsstab an seinem Außenumfang eine Gegenkontur aufweist. Die Formschlusskontur und die Gegenkontur stehen in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse formschlüssig miteinander in Eingriff, sodass der Erdungsstab gegen ein Herausziehen aus der Hülse gesichert ist. Vorzugsweise ist der Erdungsstab über die Formschlusskontur in einer festgelegten Einstecktiefe an der Hülse gesichert. Insbesondere kann die Formschlusskontur durch mindestens einen radial nach innen gerichteten Bund und die Gegenkontur durch mindestens einen radial nach außen gerichteten Bund gebildet sein, sodass zumindest in einer axialen Richtung aus der Hülse ein Endanschlag für den Erdungsstab gebildet ist. Im Speziellen weist die Formschlusskontur oder die Gegenkontur einen weiteren Bund auf, sodass sowohl in der axialen Richtung als auch in axialer Gegenrichtung ein Endanschlag für den Erdungsstab gebildet ist. Somit ist der Erdungsstab in Umfangsrichtung verdrehbar und in axialer Richtung gegen ein Verschieben in der Hülse gesichert. Somit wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche als eine vormontierte Baueinheit ausgebildet ist.In a further embodiment, it is provided that the sleeve has a form-fitting contour on its inner circumference and the grounding rod has a counter-contour on its outer circumference. The form-fitting contour and the counter-contour are in positive engagement with one another in the axial direction in relation to the main axis, so that the grounding rod is secured against being pulled out of the sleeve. The grounding rod is preferably secured to the sleeve at a defined insertion depth via the form-fitting contour. In particular, the form-fitting contour can be formed by at least one collar pointing radially inward and the counter-contour by at least one collar pointing radially outward, so that an end stop for the grounding rod is formed from the sleeve at least in an axial direction. In particular, the form-fitting contour or the counter-contour has a further collar, so that an end stop for the grounding rod is formed both in the axial direction and in the opposite axial direction. The grounding rod can thus be rotated in the circumferential direction and secured against displacement in the sleeve in the axial direction. Thus, a discharge device is proposed, which is designed as a preassembled structural unit.
In einer weiteren Realisierung ist vorgesehen, dass die zweite Kontakteinrichtung endseitig einen Befestigungsabschnitt aufweist. Insbesondere dient der Befestigungsabschnitt zur Befestigung der zweiten Kontakteinrichtung an dem Gehäuseabschnitt. Prinzipiell kann die Hülse den Befestigungsabschnitt zur Befestigung der Hülse an dem Gehäuseabschnitt aufweisen. Bevorzugt jedoch weist der Erdungsstab den Befestigungsabschnitt zur Befestigung des Erdungsstabs an dem Gehäuseabschnitt auf. Die Ableitvorrichtung weist ein Befestigungsmittel auf, welches zur lösbaren Befestigung des Befestigungsabschnitts an dem Gehäuseabschnitt ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Befestigungsmittel kann dabei form- und/oder kraftschlüssig an dem Befestigungsabschnitt angeordnet und/oder anordbar sein, um die zweite Kontakteinrichtung an dem Gehäuseabschnitt zu sichern. Beispielsweise weist der Befestigungsabschnitt ein Außen- oder Innengewinde auf, wobei das Befestigungsmittel entsprechend als eine Mutter für das Außengewinde oder eine Schraube für das Innengewinde ausgebildet sein kann. Bevorzugt ist die zweite Kontakteinrichtung über den Befestigungsabschnitt und das Befestigungsmittel fest, insbesondere drehfest, mit dem Gehäuseabschnitt verbindbar und/oder verbunden. Somit wird eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche sich in einfacher Weise an dem Gehäuseabschnitt montieren und im Servicefall kostengünstig austauschen lässt.In a further realization it is provided that the second contact device has a fastening section at the end. In particular, the fastening section serves to fasten the second contact device to the housing cut. In principle, the sleeve can have the fastening section for fastening the sleeve to the housing section. However, the grounding rod preferably has the fastening section for fastening the grounding rod to the housing section. The diverting device has a fastening means which is designed and/or suitable for the detachable fastening of the fastening section to the housing section. The fastening means can be arranged and/or can be arranged on the fastening section in a positive and/or non-positive manner in order to secure the second contact device on the housing section. For example, the fastening section has an external or internal thread, with the fastening means being able to be designed accordingly as a nut for the external thread or as a screw for the internal thread. Preferably, the second contact device can be and/or is connected to the housing section in a fixed manner, in particular in a rotationally fixed manner, via the fastening section and the fastening means. A discharge device is thus proposed which can be mounted on the housing section in a simple manner and can be inexpensively replaced in the event of servicing.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit mindestens oder genau einer Ableitvorrichtung, wie diese bereits zuvor beschrieben wurde bzw. nach einem Ansprüche 1 bis 7. Insbesondere ist die elektrische Maschine für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet. 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. 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.Another subject matter of the invention relates to an electrical machine with at least or precisely one discharge device, as has already been described above or according to claims 1 to 7. In particular, the electrical machine is 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 one-lane or two-lane and/or one-axle or multi-axle vehicle, in particular a 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 in the form of an electrically operated bicycle (pedelec), motorcycle (electric motorcycle), e-scooter or the like. The electric machine serves 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 obtain energy for generating the traction torque. The electrical machine is preferably designed as an electric motor.
In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Welle stirnseitig eine koaxial zu der Hauptachse verlaufende Wellenbohrung aufweist, wobei die Hülse in der Wellenbohrung, vorzugsweise kraftschlüssig, gehalten ist. Insbesondere ist die Wellenbohrung als eine Sacklochbohrung ausgebildet. Vorzugsweise ist die Hülse, insbesondere der Kontaktabschnitt und/oder der Dichtungsabschnitt, in die Wellenbohrung eingepresst. Alternativ oder optional ergänzend, weist der Gehäuseabschnitt eine koaxial zu der Hauptachse verlaufende Gehäusebohrung auf, wobei der Erdungsstab in der Gehäusebohrung, insbesondere kraftschlüssig, gehalten ist. Insbesondere ist die Gehäusebohrung als eine Durchgangsbohrung ausgebildet. Vorzugsweise ist der Erdungsstab, insbesondere der Befestigungsabschnitt, in die Gehäusebohrung eingeschraubt und/oder über das Befestigungsmittel in der Gehäusebohrung gesichert. Optional weist die Ableitvorrichtung ein Dichtelement auf, wobei der Befestigungsabschnitt über das Dichtelement, gegenüber der Gehäuseöffnung abgedichtet ist. Insbesondere dient das Dichtelement dazu, den Gehäuseraum gegen einen Fremdpartikeleintrag und/oder - austritt abzudichten. Es wird somit eine Ableitvorrichtung vorgeschlagen, welche besonders einfach stirnseitig in oder an der Welle montiert werden kann.In a specific embodiment, it is provided that the shaft has a shaft bore running coaxially to the main axis on the end face, the sleeve being held in the shaft bore, preferably in a non-positive manner. In particular, the shaft bore is designed as a blind hole. The sleeve, in particular the contact section and/or the sealing section, is preferably pressed into the shaft bore. Alternatively or optionally in addition, the housing section has a housing bore that runs coaxially to the main axis, with the grounding rod being held in the housing bore, in particular in a non-positive manner. In particular, the housing bore is designed as a through bore. The grounding rod, in particular the fastening section, is preferably screwed into the housing bore and/or secured in the housing bore via the fastening means. Optionally, the diverting device has a sealing element, with the fastening section being sealed off from the housing opening by the sealing element. In particular, the sealing element serves to seal the housing space against entry and/or exit of foreign particles. A diverting device is thus proposed which can be mounted in or on the shaft at the front in a particularly simple manner.
In einer weiteren konkreten Umsetzung 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 an eine 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 ein Ölbereich oder als ein Trockenbereich und der Getriebeabschnitt als ein Ölbereich realisiert.In a further specific implementation, it is provided that the housing space has a motor section which is designed and/or suitable for accommodating the rotor and stator. Furthermore, the housing space has a transmission section, which is designed and/or suitable for transmission-related connection of the shaft to a transmission device. The transmission device can be designed as a clutch device and/or as a shifting 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 have a gear wheel section, for example, or can be firmly 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 in the form of a gear wheel which is connected to the shaft in a torque-proof manner. Provision is preferably made for the motor section and the transmission section to be separated from one another via a separating section in the axial direction of the main axis, in particular in a dirt-tight and/or oil-tight manner. 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 by a sealing element, e.g. another shaft sealing ring. The motor section is particularly preferably implemented as an oil area or as a dry area and the transmission section as an oil 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. Alternativ ist die Ableitvorrichtung oder optional ergänzend eine weitere Ableitvorrichtung auf einer Getriebeseite des Getriebeabschnitts angeordnet. Insbesondere ist die Ableitvorrichtung bzw. die weitere 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 bzw. die weitere 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.According to this embodiment, it is provided that the diverting device is on an engine side of the Motor section is arranged. In particular, the diverting device is arranged at the end on the 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 is generated in the rotor, so that it can be discharged spatially close. Alternatively, the diverting device or optionally a further diverting device is arranged on a transmission side of the transmission section. In particular, the diverting device or the further diverting 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. The diverting device or the further diverting device is therefore arranged on the side of the transmission device, with this arrangement protecting the transmission section with the transmission device, so that any bearings in the transmission device do not suffer any damage from the passage of current.
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; -
2 eine schematische Detailansicht der elektrischen Maschine aus1 ; -
3a, b unterschiedliche Darstellungen einer Ableitvorrichtung für die elektrische Maschine der1 und2 .
-
1 a schematic sectional view of an electrical machine as an embodiment of the invention; -
2 a schematic detailed view of the electrical machine1 ; -
3a, b different representations of a discharge device for the electrical machine1 and2 .
Die elektrische Maschine 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf, welche in Bezug auf eine Hauptachse H koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 1 mit einer Energieeinrichtung, z.B. eine Batterie oder ein Akku, elektrisch verbunden sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten.The electrical machine 1 has a rotor 2 and a
Ferner weist die elektrische Maschine 1 eine Welle 4 zur Übertragung des Traktionsmoments auf. Der Rotor 2 ist mit der Welle 4 antriebstechnisch verbunden, sodass die Welle 4 über und/oder durch den Rotor 2 angetrieben wird. Die Welle 4 ist somit als eine Rotorwelle ausgebildet und ist hierzu mechanisch, z.B. drehfest, und elektrisch mit dem Rotor 2 verbunden. Die Welle 4 definiert dabei mit ihrer Rotationsachse die Hauptachse H.Furthermore, the electric machine 1 has a
Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 5 auf, welches einen Gehäuseraum 6 definiert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 5 durch den Stator 3 sowie einen Gehäuseabschnitt 7 und einen weiteren Gehäuseabschnitt 8 gebildet, wobei der Gehäuseabschnitt 7 auf der einen axialen Seite und der weitere Gehäuseabschnitt 8 auf der anderen axialen Seite des Stators 3 angeordnet ist. Der Gehäuseraum 6 ist somit in radialer Richtung durch den Stator 3 und in axialer Richtung durch die beiden Gehäuseabschnitte 7, 8 begrenzt.The electrical machine 1 has a
Die Welle 4 und der Rotor 2 sind in dem Gehäuseraum 6 über eine erste und eine zweite Lagereinrichtung 9a, b drehbar gelagert. Dabei bilden die beiden Gehäuseabschnitte 7, 8 jeweils ein Lagerschild, wobei die Welle 4 über die erste Lagereinrichtung 9a an dem Gehäuseabschnitt 7 und über die zweite Lagereinrichtung 9b an dem weiteren Gehäuseabschnitt 8 abgestützt ist. Die Lagereinrichtungen 9a, b sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als Kugellager, insbesondere Rillenkugellager ausgebildet.The
Der Gehäuseraum 6 ist in einen Motorabschnitt 10 zur Aufnahme des Rotors 2 und in einen Getriebeabschnitt 11 zur Anbindung der Welle 4 an eine Getriebeeinrichtung, nicht dargestellt, unterteilt, wobei der Motorabschnitt 10 und der Getriebeabschnitt 11 über einen Trennabschnitt 12 räumlich voneinander getrennt sind und über die Welle 4 getriebetechnisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist der Trennabschnitt 12 durch den weiteren Gehäuseabschnitt 8 gebildet oder mitgebildet.The
Der Trennabschnitt 12 ist hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen dem Motorabschnitt 10 und dem Getriebeabschnitt 11 angeordnet und als eine Trennwand ausgebildet. Der Motorabschnitt 10 ist beispielsweise als ein Trockenbereich und der angrenzende Getriebeabschnitt 11 als ein Ölbereich ausgebildet, wobei der Trennabschnitt 12 eine öldichte Abtrennung zwischen dem Motorabschnitt 10 und dem Getriebeabschnitt 11 bildet. Die Welle 4 ist hierzu von dem Motorabschnitt 10 durch den Trennabschnitt 12 in den Getriebeabschnitt 11 geführt und über einen Wellendichtring 13 gegenüber dem Trennabschnitt 12 abgedichtet.For this purpose, the separating
Die Welle 4 bildet eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Hierzu weist die elektrische Maschine 1 ein Getrieberad 14 auf, welches drehfest mit der Welle 4 verbunden ist und in dem Getriebeabschnitt 11 angeordnet ist. Das Getrieberad 14 ist als ein Zahnrad ausgebildet und kann beispielsweise zur Übersetzung des Traktionsmoments auf die Getriebeeinrichtung mit einem weiteren Zahnrad, nicht dargestellt, der Getriebeeinrichtung in Eingriff stehen.The
Während des Betriebes können schädigende Spannungen auf die Welle 4 und somit in den Rotor 2 induziert werden, wodurch eine kapazitive Kopplung zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 2 entsteht. Diese Spannungen werden üblicherweise über die Lagereinrichtung 9a des Motorabschnitts 10 oder teils auch durch die Lagereinrichtung 9b des Getriebeabschnitts 11 abgeleitet. Zudem können in der elektrischen Maschine 1, insbesondere bei Wechselstrommotoren hoher Leistungsklassen, zirkulierende Hochfrequenzströme entstehen. Die zirkulierenden Hochfrequenzströme zirkulieren dabei aufgrund von Ungleichgewichten des magnetischen Flusses im Stator 3, beispielsweise durch die Lagereinrichtungen 9a, b der elektrischen Maschine 1. Als Folge der Ableitung der schädigenden Spannungen sowie der zirkulierenden Hochfrequenzströme über die Lagereinrichtungen 9a, b, kann es zu Lagerausfällen kommen. Dabei springen Funken über den dielektrischen Öl- oder Fettfilm, auch Funkenerosion genannt, zwischen den rotierenden Teilen und der Lagerlaufbahn über, wodurch Schmelzkrater und/oder eine Art Lagerprofilierung (Riffelbildung) in der Lagerlauflaufbahn der Lagereinrichtungen 9a, b verursacht werden.During operation, damaging voltages can be induced onto the
Um zu vermeiden, dass die Lagereinrichtungen 9a, b beschädigt werden, ist eine Abführung dieser elektrischen Energie notwendig. Hierzu weist die elektrische Maschine 1 eine Ableitvorrichtung 15 auf. Die Ableitvorrichtung 15 dient zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder elektrischen Spannung, ausgehend von dem Rotor 2 über die Welle 4 zu dem Gehäuse 5. Das Gehäuse 5 ist dabei mit Masse verbunden und/oder geerdet, sodass die elektrischen Ladungen und/oder Spannungen über das Gehäuse 5 sicher abgeleitet werden können. Die Ableitvorrichtung 15 ist hierzu motorseitig, insbesondere in dem Motorabschnitt 10, an einer axialen Stirnseite der Welle 4 angeordnet und einerseits mit der Welle 4 und andererseits mit Gehäuse 5, insbesondere dem Gehäuseabschnitt 7, elektrisch verbunden.In order to prevent the
Die
Zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinrichtung 16, 17 ist ein als Ringraum ausgebildeter Kontaktraum 18 gebildet, über welchen die beiden Kontakteinrichtung 16, 17 elektrische miteinander verbunden sind. Hierzu ist der Kontaktraum 18 mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 19 gefüllt, wobei die erste und die zweite Kontakteinrichtung 16, 17 über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 elektrisch leitend miteinander kontaktiert sind. Beispielsweise ist die elektrisch leitende Flüssigkeit als ein elektrisch leitendes Öl, Fett, Flüssigmetall oder ionische Flüssigkeit ausgebildet. Dabei ist der Kontaktraum 18 gegenüber dem Gehäuseraum 6 fluiddicht abgetrennt, sodass ein Austritt der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 19 aus dem Kontaktraum 18 in den Gehäuseraum 6 sowie ein Fremdpartikeleintrag von dem Gehäuseraum 6 in den Kontaktraum 18 verhindert ist. Somit wird eine axial wirkende Ableitvorrichtung 15 vorgeschlagen, welche sowohl in trockener als auch in nasser Umgebung verwendet werden kann. Da der elektrische Kontakt zwischen der ersten und der zweiten Kontakteinrichtung 16, 17 über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 hergestellt wird, arbeitet die Ableitvorrichtung 15 während eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 reibungsarm und verschleißfrei, sodass kein leitfähiger Abrieb entstehen kann. Des Weiteren ist durch die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 ein lageunabhängiger Betrieb möglich, da die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 immer einen Kontakt zwischen den beiden Kontakteinrichtungen 16, 17 sicherstellt.Between the first and the second contact device 16, 17, a
Die erste Kontakteinrichtung 16 ist als eine Hülse 20 und die zweite Kontakteinrichtung 17 als ein Erdungsstab 21 ausgebildet. Die Hülse 20 ist als eine in Bezug auf die Hauptachse H in einer axialen Richtung AR geschlossene und in einer axialen Gegenrichtung GR geöffnete metallische, insbesondere elektrisch leitfähige, Zylinderhülse ausgebildet. Der Erdungsstab 21 ist als ein metallischer, insbesondere elektrisch leitfähiger, Zylinderstab ausgebildet, welcher in der axialen Richtung AR so weit in die Hülse 20 eingeschoben ist, dass der Erdungsstab 21 abschnittsweise in die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 eintaucht. Über die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 19 wird somit ein direkter Kontakt zwischen dem Erdungsstab 21 (Stator) und der Hülse 20 (Rotor) hergestellt. Über diesen Weg des geringsten Widerstands werden die induzierten Ströme sicher zur Erdung abgeleitet, sodass die Ströme vom Lager entfernt durch dieses System abgeleitet werden. Auch die Lager der angeschlossenen Baugruppen, wie z.B. Getriebe usw., können so geschützt werden.The first contact device 16 is designed as a sleeve 20 and the second contact device 17 as a grounding rod 21 . The sleeve 20 is designed as a metallic, in particular electrically conductive, cylindrical sleeve that is closed in an axial direction AR and is open in an opposite axial direction GR with respect to the main axis H. The grounding rod 21 is designed as a metallic, in particular electrically conductive, cylindrical rod, which is pushed so far into the sleeve 20 in the axial direction AR that the grounding rod 21 dips into the electrically conductive liquid 19 in sections. A direct contact between the grounding rod 21 (stator) and the sleeve 20 (rotor) is thus established via the electrically
Die Ableitvorrichtung 15 weist eine Dichtungseinrichtung 22 auf, wobei der Erdungsstab 21 über die Dichtungseinrichtung 22 in der Hülse 20 dichtend geführt ist. Die Dichtungseinrichtung 22 ist dabei in der axialen Richtung AR vor dem Kontaktraum 18 angeordnet, wobei der Erdungsstab 21 in axialer Richtung über die Dichtungseinrichtung 22 in den Kontaktabschnitt 26 eingesteckt ist. Dabei liegt der Erdungsstab 21 über die Dichtungseinrichtung 22 in radialer Richtung dichtend an der Hülse 20 an, sodass der Kontaktraum 18 in axialer Gegenrichtung GR abgedichtet ist. Durch die interne Abdichtung ist der Kontaktraum 18 somit vor effizienzstörenden Umwelteinflüssen geschützt.The
Der Gehäuseabschnitt 7 weist einen ersten und einen zweite Gehäuseteil 7a, b auf, wobei die beiden Gehäuseteile 7a, b elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Der erste Gehäuseteil 7a weist eine zentrale, insbesondere koaxial zur Hauptachse H angeordnete, Gehäuseöffnung 23 auf, über welche der Gehäuseraum 6 von außen zugänglich ist. Der zweite Gehäuseteil 7b ist als ein Gehäusedeckel ausgebildet, welcher die Gehäuseöffnung 23 verschließt. Beispielsweise kann die Ableitvorrichtung 15 über die Gehäuseöffnung 23 an der Welle 4 montiert und anschließend mit dem Gehäuseabschnitt 7 verbunden werden. Hierzu kann der zweite Gehäusedeckel 7b in axialer Richtung AR an dem ersten Gehäusedeckel 7a formschlüssig und/oder kraftschlüssig, z.B. über eine Schraubverbindung, montiert werden.The
Die Welle 4 weist stirnseitig eine koaxial zur Hauptachse H angeordnete Wellenbohrung 24 auf, wobei die Hülse 20 form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere drehtfest, in der Wellenbohrung 24 montiert ist. Der zweite Gehäuseteil 7b weist eine koaxial zu der Hauptachse H angeordnete Gehäusebohrung 25 auf, wobei der Erdungsstab 21 innerhalb des Gehäuseraums 6 form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere drehtfest, in der Gehäusebohrung 25 montiert ist. Somit stellt die Hülse 20 einen direkten Kontakt zu der Welle 4 und der Erdungsstab 21 einen direkten Kontakt zu dem Gehäuseabschnitt 7 her.The
Dabei ist der Kontaktabschnitt 26 in der axialen Richtung AR geschlossen und der Dichtabschnitt 27 in der axialen Gegenrichtung GR geöffnet, wobei der Erdungsstab 21 über die in dem Dichtabschnitt 27 angeordnete Dichtungseinrichtung 22 dichtend in den Kontaktabschnitt 26 geführt ist. Die Dichtungseinrichtung 22 ist als eine berührende Rotationsdichtung ausgebildet, welche einerseits an einem Innenumfang des Dichtabschnitts 27 und andererseits an einem Außenumfang des Erdungsstabs 21 dichtend anliegt. Hierzu ist die Dichtungseinrichtung 22 als eine zylindrische Elastomerdichtung ausgebildet, welche an ihrem Innenumfang eine erste und eine zweite Dichtlippe 22a, b aufweist. Die beiden Dichtlippen 22a, b sind in Bezug auf die Hauptachse H in axialer Richtung beabstandet und liegen in Umfangsrichtung umlaufend an dem Außenumfang des Erdungsstabs 21 dichtend an.The
Die Dichtungseinrichtung 22 ist in dem Dichtabschnitt 27 form- und/oder kraftschlüssig gehalten. Insbesondere liegt die Dichtungseinrichtung 22 in der axialen Richtung AR an einem radialen Absatz 28 der Hülse 20 an, wobei die Hülse 20 in dem Bereich des Absatzes 28 verjüngt ist. Dabei ist der Absatz 28 in einem Übergangsbereich zwischen dem Kontaktabschnitt 26 und dem Dichtabschnitt 27 gebildet, wobei der Absatz 28 zugleich einen radialen Anlauf für den Erdungsstab 21 bei einer unruhigen Rotation bilden kann.The sealing
Ferner weist die Hülse 20 an ihrem Innenumfang eine Formschlusskontur 29 und der Erdungsstab 21 an seinem Außenumfang eine Gegenkontur 30 auf, wobei die Formschlusskontur 29 mit der Gegenkontur 30 in Eingriff steht, um den Erdungsstab 21 in der Hülse 20 gegen ein Verlieren zu sichern. Die Formschlusskontur 29 ist durch einen radial nach innen gerichteten Bund und die Gegenkontur 30 durch eine Nut gebildet, welche durch zwei axial beabstandete und radial nach außen gerichtete Bunde definiert ist. Dabei greift der Bund der Formschlusskontur 29 in die Nut der Gegenkontur 30 ein, sodass der Erdungsstab 21 in der axialen Richtung AR durch den einen Bund und in der axialen Gegenrichtung GR durch den anderen Bund der Gegenkontur 30 gesichert ist. Somit ist der Erdungsstab 21 in der Hülse 20 verliersicher aufgenommen, sodass die Ableitungsvorrichtung 15 als vormontierte Baueinheit angeboten werden kann.Furthermore, the sleeve 20 has a form-fitting
An seinem freien axialen Ende weist der Erdungsstab 21 einen Befestigungsabschnitt 31 auf, über welchen der Erdungsstab 21 in die Gehäusebohrung 25, wie in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- elektrische Maschineelectric machine
- 22
- Rotorrotor
- 33
- Statorstator
- 44
- Wellewave
- 4a, b4a, b
- Bohrungdrilling
- 55
- Gehäusecasing
- 66
- Gehäuseraumhousing space
- 77
- Gehäuseabschnitthousing section
- 7a, b7a, b
- Gehäuseteilehousing parts
- 88th
- weiterer Gehäuseabschnittanother housing section
- 9a, b9a, b
- Lagereinrichtungenstorage facilities
- 1010
- Motorabschnittengine section
- 1111
- Getriebeabschnittgear section
- 1212
- Trennabschnittseparation section
- 1313
- Dichtungsorgansealing organ
- 1414
- Getrieberadgear wheel
- 1515
- Ableitvorrichtungdischarge device
- 1616
- erste Kontakteinrichtungfirst contact device
- 1717
- zweite Kontakteinrichtungsecond contact device
- 1818
- Kontaktraumcontact space
- 1919
- elektrisch leitfähige Flüssigkeitelectrically conductive liquid
- 2020
- Hülsesleeve
- 2121
- Erdungsstabground rod
- 2222
- Dichtungseinrichtungsealing device
- 22a, b22a, b
- Dichtlippensealing lips
- 2323
- Gehäuseöffnungencase openings
- 2424
- Wellenbohrungshaft bore
- 2525
- Gehäusebohrunghousing bore
- 2626
- Kontaktabschnittcontact section
- 2727
- Dichtabschnittsealing section
- 2828
- Absatzparagraph
- 2929
- Formschlusskonturform-fitting contour
- 3030
- Gegenkonturcounter contour
- 3131
- Befestigungsabschnittattachment section
- 3232
- Befestigungsmittelfasteners
- 3333
- Dichtelementsealing element
- HH
- Hauptachsemain axis
- ARAR
- axiale Richtungaxial direction
- GRGR
- axiale Gegenrichtungaxial opposite direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- JP 2013174326 A [0003]JP2013174326A [0003]
Claims (10)
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DE102020119719.5A DE102020119719A1 (en) | 2020-07-27 | 2020-07-27 | Discharge device for an electrical machine and electrical machine with the discharge device |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102020119719.5A DE102020119719A1 (en) | 2020-07-27 | 2020-07-27 | Discharge device for an electrical machine and electrical machine with the discharge device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102020119719A1 true DE102020119719A1 (en) | 2022-01-27 |
Family
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Family Applications (1)
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DE102020119719.5A Pending DE102020119719A1 (en) | 2020-07-27 | 2020-07-27 | Discharge device for an electrical machine and electrical machine with the discharge device |
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DE (1) | DE102020119719A1 (en) |
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