DE102020120878A1

DE102020120878A1 - Current-excited electrical machine with a slip ring lead leading out from under a shaft seal and motor vehicle

Info

Publication number: DE102020120878A1
Application number: DE102020120878.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Beck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine stromerregte elektrische Maschine sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, einen in einem Innenraum der elektrischen Maschine um eine zentrale Drehachse drehbaren Rotor, ein drehfest damit gekoppeltes Wellenelement, das aus dem Innenraum herausgeführt ist, eine außerhalb des Innenraums angeordnete Schleifringeinheit und eine Verbindungsleitung, welche die Schleifringeinheit elektrisch mit einer Rotorwicklung verbindet. Der Innenraum ist dabei gegenüber einer äußeren Umgebung durch eine das Wellenelement umgebende Dichtung abgedichtet, wobei die Verbindungsleitung radial innenseitig in axialer Richtung unter der Dichtung hindurchgeführt ist.The invention relates to a current-excited electrical machine and a motor vehicle equipped with it. The electrical machine comprises a stator, a rotor which can be rotated about a central axis of rotation in an interior space of the electrical machine, a shaft element which is coupled to it in a torque-proof manner and which is led out of the interior space, a slip ring unit which is arranged outside the interior space and a connecting line which electrically connects the slip ring unit to a Rotor winding connects. The interior space is sealed off from the outside environment by a seal surrounding the shaft element, with the connecting line being passed radially on the inside in the axial direction under the seal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine stromerregte elektrische Maschine sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.The present invention relates to a current-excited electrical machine and a motor vehicle equipped therewith.

Elektrische Maschinen sind zwar bereits seit langer Zeit bekannt und vielfältig im Einsatz, weitere Verbesserungen sind jedoch stets wünschenswert, da nicht zuletzt im Fahrzeugbereich sogar mit einer zunehmenden Verbreitung elektrischer Antriebe zu rechnen ist. Für einen zuverlässigen Betrieb einer elektrischen Maschine sollte diese bzw. deren Inneres möglichst vor Verschmutzungen geschützt werden. Beispielsweise kann es ein Problem darstellen, dass bei der Verwendung von Schleifringen zur Stromübertragung an stromerregte Rotoren an den Schleifringen laufende Bürsten im Laufe der Zeit verschleißen, wodurch Abrieb oder Bürstenstaub entsteht. Dieser kann dann gegebenenfalls ins Innere der jeweiligen elektrischen Maschine gelangen und dort zu Beschädigungen, erhöhtem Verschleiß oder verminderter Leistung führen. Insbesondere sollte ein Eindringen von leitfähigem Schmutz in die elektrische Maschine vermieden werden. Daraus ergibt sich ein Bedarf für eine Abdichtung zwischen dem Inneren der elektrischen Maschine und ihrer Umgebung bzw. einer außerhalb des Maschineninneren angeordneten Schleifringeinheit.Although electric machines have been known for a long time and are used in a variety of ways, further improvements are always desirable, since not least in the automotive sector an increasing spread of electric drives can even be expected. For reliable operation of an electrical machine, it or its interior should be protected from contamination as far as possible. For example, when slip rings are used to transmit power to current-excited rotors, it can be a problem that brushes running on the slip rings wear over time, creating debris or brush dust. This can then possibly get inside the respective electrical machine and lead to damage, increased wear or reduced performance there. In particular, the ingress of conductive dirt into the electrical machine should be avoided. This results in a need for a seal between the interior of the electrical machine and its surroundings or a slip ring unit arranged outside the interior of the machine.

Die Problematik von Verschmutzungen in einer elektrischen Maschine ist bereits beispielsweise in der EP 1 705 781 A1 thematisiert. Dort ist ein Verfahren zur Lösung von Fremdablagerungen innerhalb der elektrischen Maschine beschrieben, bei dem Ultraschallwellen auf eine vorgegebene Stelle innerhalb der elektrischen Maschine eingestrahlt werden. Eine solche Stelle kann beispielsweise in einer Schleifringanordnung mit einem eigenen, entlang einer zentralen Welle vorgelagerten Gehäuse liegen. In diesem Gehäuse sind Schleifringe aufgenommen, deren Abrieb mit einem senkrecht zu der Welle strömenden Kühlluftstrom durch einen Luftaustritt aus dem Gehäuse heraus transportiert werden kann. An einer Seite des Gehäuses, an der die Welle in das Gehäuse eintritt, ist die Welle von einem Auffangmittel, beispielsweise einem Filter, umgeben. Dadurch soll ein unerwünschtes Austreten von Abrieb entlang der Welle aus dem Gehäuse der Schleifringanordnung vermieden werden. Da der an den Schleifringen entstehende Abrieb aber dennoch in eine Umgebung der elektrischen Maschine transportiert wird und es zudem auch noch andere Quellen für Verschmutzungen, Staub, Partikel und dergleichen in der Umgebung der elektrischen Maschine geben kann, kann weiterhin ein Bedarf dafür bestehen, ein Eindringen solcher Verschmutzungen ins Innere der elektrischen Maschine, beispielsweise in einen Bereich von Rotor- und Statorwicklungen, zu vermeiden.The problem of contamination in an electrical machine is already, for example, in EP 1 705 781 A1 themed. A method for removing foreign deposits within the electrical machine is described there, in which ultrasonic waves are radiated onto a predetermined point within the electrical machine. Such a location can be, for example, in a slip ring arrangement with its own housing mounted in front along a central shaft. This housing accommodates slip rings, the abrasion of which can be transported out of the housing through an air outlet with a cooling air stream flowing perpendicularly to the shaft. On one side of the housing where the shaft enters the housing, the shaft is surrounded by a collecting means, for example a filter. This is intended to prevent abrasion material from escaping undesirably along the shaft from the housing of the slip ring arrangement. However, since the abrasion produced on the slip rings is nevertheless transported into the area surrounding the electric machine and there can also be other sources of dirt, dust, particles and the like in the area surrounding the electric machine, there may still be a need for penetration such contamination inside the electrical machine, for example in an area of rotor and stator windings to avoid.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders zuverlässigen Betrieb einer elektrischen Maschine zu ermöglichen.The object of the present invention is to enable particularly reliable operation of an electrical machine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous refinements and developments of the present invention are specified in the dependent patent claims, in the description and in the drawing.

Eine erfindungsgemäße stromerregte elektrische Maschine weist einen Stator und einen in einem Innenraum der elektrischen Maschine angeordneten, relativ zu dem Stator um eine zentrale Drehachse drehbar gelagerten Rotor mit wenigstens einer Rotorwicklung auf. Ebenso kann der Stator eine Statorwicklung aufweisen. Weiter weist die erfindungsgemäße elektrische Maschine ein Wellenelement auf, das drehfest mit dem Rotor gekoppelt und, beispielsweise in einem motorischen Betrieb der elektrischen Maschine zu mechanischen Kopplung mit einer Last oder in einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zur Kopplung mit einem Antrieb, aus dem Innenraum herausgeführt ist. Das Wellenelement kann beispielsweise eine massive Welle, eine Hohlwelle, eine Wellenaufnahme oder dergleichen sein oder umfassen. Weiter weist die erfindungsgemäße elektrische Maschine eine Schleifringeinheit auf, die außerhalb des Innenraums angeordnet ist und einen elektrischen Kontakt, insbesondere einen außenseitigen oder außenliegenden Kontakt, an dem Wellenelement bildet. Die Schleifringeinheit kann dazu das Wellenelement bereichsweise umgreifen. Über die Schleifringeinheit kann die elektrische Maschine beispielsweise zum Aufbauen eines elektromagnetischen Rotorfeldes mit elektrischer Energie versorgt werden. Dazu weist die erfindungsgemäße elektrische Maschine auch eine Verbindungsleitung auf, welche die Rotorwicklung elektrisch mit der Schleifringeinheit, insbesondere mit einem Schleifring oder einem rotorseitigen Teil eines durch die Schleifringeinheit gebildeten Gleitkontakts, verbindet. Erfindungsgemäß ist der Innenraum der elektrischen Maschine gegenüber deren äußerer Umgebung durch eine das Wellenelement umgebende Dichtung abgedichtet. Die Verbindungsleitung ist dabei radial innenseitig der Dichtung angeordnet und ist in axialer Richtung unter der Dichtung hindurchgeführt.A current-excited electrical machine according to the invention has a stator and a rotor, which is arranged in an interior space of the electrical machine and is mounted such that it can rotate about a central axis of rotation relative to the stator, with at least one rotor winding. Likewise, the stator can have a stator winding. The electric machine according to the invention also has a shaft element which is coupled in a torque-proof manner to the rotor and, for example, when the electric machine is in motor mode for mechanical coupling to a load or in generator mode of the electric machine for coupling to a drive, is led out of the interior is. The shaft element can be or include, for example, a solid shaft, a hollow shaft, a shaft mount or the like. Furthermore, the electrical machine according to the invention has a slip ring unit, which is arranged outside of the interior and forms an electrical contact, in particular an external or external contact, on the shaft element. For this purpose, the slip ring unit can encompass the shaft element in some areas. The electrical machine can be supplied with electrical energy via the slip ring unit, for example to build up an electromagnetic rotor field. For this purpose, the electrical machine according to the invention also has a connecting line which electrically connects the rotor winding to the slip ring unit, in particular to a slip ring or a rotor-side part of a sliding contact formed by the slip ring unit. According to the invention, the interior of the electrical machine is sealed off from its external environment by a seal surrounding the shaft element. The connecting line is arranged radially on the inside of the seal and is routed under the seal in the axial direction.

Die Verbindungsleitung verläuft mit anderen Worten also in radialer Richtung betrachtet zwischen der Dichtung bzw. einem radial inneren Rand der Dichtung einerseits und der zentralen Drehachse andererseits. Die Dichtung kann beispielsweise an einer Austrittsstelle angeordnet sein, an der das Wellenelement eine Wand eines den Innenraum umgebenden Gehäuses durchtritt. Der Innenraum kann hier insbesondere ein zumindest teilweise luft- oder - wie weiter unten noch näher erläutert wird - flüssigkeitsgefülltes Volumen innerhalb des Gehäuses sein. An dieses Volumen, also an den Innenraum angrenzend bzw. gegenüber dem Innenraum exponiert sein kann beispielsweise der Rotor oder ein diesen aufnehmendes Rotorgehäuse, eine radiale Innenseite des Stators, die Statorwicklung und/oder dergleichen mehr. In diesen Innenraum eintretende Fremdstoffe oder Verschmutzungen können daher den Betrieb der elektrischen Maschine negativ beeinflussen, also deren Zuverlässigkeit verringern.In other words, viewed in the radial direction, the connecting line runs between the seal or a radially inner edge of the seal on the one hand and the central axis of rotation on the other hand. The seal can be arranged, for example, at an exit point at which the shaft element passes through a wall of a housing surrounding the interior. The interior can here in particular an at least partially air or - how will be explained in more detail below - be a liquid-filled volume within the housing. For example, the rotor or a rotor housing accommodating it, a radial inside of the stator, the stator winding and/or the like can be adjacent to this volume, ie adjacent to the interior space or exposed to the interior space. Foreign matter or dirt entering this interior space can therefore have a negative effect on the operation of the electrical machine, ie reduce its reliability.

Zumindest im Bereich der Dichtung tritt im Betrieb der elektrischen Maschine notwendigerweise eine Relativbewegung zwischen benachbarten Bauteilen oder Komponenten der elektrischen Maschine auf, hier beispielsweise zwischen dem Wellenelement und der Dichtung bzw. dem Gehäuse, an dem die Dichtung gehalten sein kann. Für den Betrieb der elektrischen Maschine ist eine Kontaktierung der Rotorwicklung von außen, hier in Form der Verbindungsleitung, notwendig. Diese Kontaktierung, also eine entsprechende Stromführung zu oder von der Rotorwicklung von außerhalb der elektrischen Maschine muss an dieser Stelle, also im Bereich der Dichtung vorbei- oder hindurchgeführt werden. Dies kann potenziell die Abdichtung des Innenraums, also eine Dichtwirkung der Dichtung, verschlechtern, wodurch letztlich auch die Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine in Mitleidenschaft gezogen werden würde. Diese Problematik wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung der Verbindungsleitung gelöst. Dadurch, dass die Verbindungsleitung radial innenseitig unter der Dichtung hindurchgeführt ist, kann die Dichtung unterbrechungsfrei und damit besonders eng an dem Wellenelement anliegen und so eine besonders gute Dichtwirkung zur Abdichtung des Innenraums gegenüber der äußeren Umgebung erzielen.During operation of the electrical machine, at least in the area of the seal, there is necessarily a relative movement between adjacent parts or components of the electrical machine, here for example between the shaft element and the seal or the housing on which the seal can be held. For the operation of the electrical machine, the rotor winding must be contacted from the outside, here in the form of the connecting line. This contact, ie a corresponding power supply to or from the rotor winding from outside the electrical machine, must be routed past or through this point, ie in the area of the seal. This can potentially impair the sealing of the interior, ie a sealing effect of the seal, which would ultimately also affect the reliability of the electrical machine. This problem is solved by the arrangement of the connecting line proposed according to the invention. Due to the fact that the connecting line is routed radially inside under the seal, the seal can rest without interruption and thus particularly tightly against the shaft element and thus achieve a particularly good sealing effect for sealing off the interior from the outside environment.

Die Verbindungsleitung kann dazu in das Wellenelement versenkt sein. Beispielsweise kann das Wellenelement eine in seine Außenoberfläche, also ein Hauptmaterial des Wellenelements eingegrabene, in Längsrichtung des Wellenelements verlaufende Rinne bzw. einen zunächst nach außen offenen Kanal aufweisen. In dieser Rinne oder in diesem Kanal kann die Verbindungsleitung angeordnet, also in Längsrichtung entlang des Wellenelements unter der Dichtung geführt sein. Die Rinne bzw. der Kanal kann dann zur Fixierung der Verbindungsleitung, zu deren elektrischer Isolierung und zum Schaffen einer glatten Außenoberfläche des Wellenelements mit einem elektrisch isolierenden Füllmaterial, beispielsweise einem Polymermaterial, verfüllt sein. Dieses Füllmaterial oder eine darauf aufgebrachte Beschichtung kann dann also einen Teil der letztlichen Oberfläche des Wellenelements bilden. Das Hauptmaterial der Welle soll im vorliegenden Sinne ein Material sein, dass eine Struktur bzw. einen Hauptteil des Wellenelements bildet oder ausmacht. Das Hauptmaterial kann insbesondere ein Metall oder ein metallischer Werkstoff sein.For this purpose, the connecting line can be sunk into the shaft element. For example, the corrugated element can have a groove dug into its outer surface, ie a main material of the corrugated element, running in the longitudinal direction of the corrugated element or a channel that is initially open to the outside. The connecting line can be arranged in this groove or in this channel, that is to say it can be routed in the longitudinal direction along the shaft element under the seal. The groove or channel can then be filled with an electrically insulating filling material, for example a polymer material, to fix the connecting line, to electrically insulate it and to create a smooth outer surface of the shaft element. This filling material or a coating applied to it can then form part of the final surface of the shaft element. In the present sense, the main material of the shaft should be a material that forms or constitutes a structure or a main part of the shaft element. The main material can in particular be a metal or a metallic material.

In der beschriebenen Variante, in der die Verbindungsleitung in eine Rinne oder einen Kanal an einer Außenseite des Wellenelements aufgenommen ist, kann eine relativ aufwändige Bearbeitung des Wellenelements notwendig sein, um letztlich eine möglichst glatte Oberfläche über einen gesamten Umfang des Wellenelements im Bereich der Dichtung herzustellen. Um diesen Aufwand zu vermeiden kann die Verbindungsleitung bevorzugt zumindest im Bereich der Dichtung radial innerhalb oder unterhalb einer ununterbrochenen, also einheitlichen bzw. kontinuierlich und einstückig ausgebildeten Außenoberfläche des Wellenelements verlaufen, also angeordnet sein. Insbesondere kann die Verbindungsleitung dazu in das Hauptmaterial des Wellenelements eingebettet und dann von diesem im Querschnitt betrachtet allseitig umgeben sein oder aber in einem inneren zentralen Hohlraum des Wellenelements, der die zentrale Drehachse umgibt, geführt sein. Letzteres kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Wellenelement als Wellenaufnahme oder Hohlwelle ausgebildet ist. Die Führung der Verbindungsleitung in einem solchen zentralen Hohlraum kann eine besonders einfache Fertigung des Wellenelements und der elektrischen Maschine insgesamt ermöglichen, da lediglich eine radiale Durchführung durch eine Wand oder einen Mantel des hohlen Wellenelements zum Durchführen der Verbindungsleitung erforderlich ist. Um einen Bauraumkonflikt in dem Hohlraum, beispielsweise zwischen der Verbindungsleitung und einer darin aufgenommenen Welle, sowie einen Aufwand zum Befestigen oder Halten der Verbindungsleitung in dem Hohlraum zu vermeiden, stellt das Führen der Verbindungsleitung in dem Hauptmaterial des Wellenelements eine besonders bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung dar.In the variant described, in which the connecting line is accommodated in a groove or a channel on an outside of the shaft element, relatively complex machining of the shaft element may be necessary in order ultimately to produce a surface that is as smooth as possible over the entire circumference of the shaft element in the area of the seal . In order to avoid this effort, the connecting line can preferably run, ie be arranged, radially inside or below an uninterrupted, ie uniform or continuously and integrally formed, outer surface of the shaft element, at least in the area of the seal. In particular, the connecting line can be embedded in the main material of the shaft element and then surrounded by it on all sides, viewed in cross section, or guided in an inner central cavity of the shaft element that surrounds the central axis of rotation. The latter can be the case, for example, when the shaft element is designed as a shaft mount or hollow shaft. Routing the connecting line in such a central cavity can enable particularly simple production of the shaft element and the electrical machine overall, since only a radial feedthrough through a wall or a jacket of the hollow shaft element is required to feed through the connecting line. In order to avoid a space conflict in the cavity, for example between the connecting line and a shaft accommodated therein, as well as the effort involved in fastening or holding the connecting line in the cavity, routing the connecting line in the main material of the shaft element represents a particularly preferred variant of the present invention .

Die äußere Umgebung, gegenüber welcher der Innenraum durch die Dichtung abgedichtet ist, kann eine Außenwelt aber ebenso ein Inneres eines umfassenderen Gehäuses sein. Ein solches umfassenderes Gehäuse - auch als Außengehäuse bezeichnet - kann vorteilhaft auch die Schleifringeinheit umgeben oder einschließen und diese somit beispielsweise vor Beschädigungen oder Feuchtigkeitseintrag schützen.The external environment from which the interior is sealed off by the seal can be an outside world but also an interior of a more comprehensive housing. Such a more comprehensive housing—also referred to as an outer housing—can advantageously also surround or enclose the slip ring unit and thus protect it, for example, from damage or the ingress of moisture.

In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Maschine als innen flüssigkeitsgekühlte elektrische Maschine ausgebildet, bei der im Betrieb gegenüber dem Innenraum exponierte Komponenten der elektrischen Maschine durch eine in dem Innenraum befindliche Kühlflüssigkeit beaufschlagt sind oder werden. Mit anderen Worten kann in dem Innenraum also ein direkter Kontakt zwischen der Kühlflüssigkeit und an den Innenraum angrenzenden zu entwärmenden Bauteilen oder Komponenten bestehen. Die Kühlflüssigkeit ist hier also nicht in separaten Kühlkanälen in einem den Stator außenseitig umgebenden Kühlmantel geführt. Vielmehr kann die Kühlflüssigkeit beispielsweise direkt auf den Rotor, die Statorwicklung und/oder andere Bauteile oder Komponenten aufgebracht, beispielsweise aufgespritzt oder aufgesprüht, sein oder werden bzw. diese Bauteile oder Komponenten direkt umströmen. Auf diese Weise kann zum einen eine besonders effektive Kühlung der elektrischen Maschine erreicht werden, beispielsweise im Vergleich zu einer Durchströmung des Innenraums mit Kühlluft. Zum anderen können durch die Kühlflüssigkeit Staub oder Schmutzpartikel in dem Innenraum gebunden werden, wodurch deren Ablagerung an den Bauteilen oder Komponenten der elektrischen Maschine verhindert oder verzögert werden kann. Eine derartige innere direkte Flüssigkeitskühlung wird erst dadurch zuverlässig ermöglicht, dass die Verbindungsleitung radial innenseitig unter der Dichtung hindurchgeführt ist, also beispielsweise nicht außenseitig an dem Wellenelement anliegt, da auf diese Weise eine ausreichend gute Dichtheit oder Dichtwirkung der Dichtung erreicht werden kann. Als Kühlflüssigkeit kann beispielsweise ein Öl oder ein Wasser-Glykol-Gemisch oder dergleichen verwendet werden. Dies kann im Einzelfall beispielsweise abhängig von jeweiligen Anforderungen hinsichtlich einer Kühlleistung und einer elektrischen Isolierung oder Durchschlagsfestigkeit bestimmt sein.In an advantageous embodiment of the present invention, the electrical machine is designed as an internally liquid-cooled electrical machine in which components of the electrical machine that are exposed to the interior during operation are or will be acted upon by a cooling liquid located in the interior. In other words, in the interior so a direct There is contact between the coolant and the parts or components to be cooled that are adjacent to the interior. The cooling liquid is therefore not guided here in separate cooling channels in a cooling jacket surrounding the stator on the outside. Rather, the cooling liquid can, for example, be applied directly to the rotor, the stator winding and/or other parts or components, for example sprayed on or sprayed on, or can flow directly around these parts or components. In this way, on the one hand a particularly effective cooling of the electric machine can be achieved, for example in comparison to cooling air flowing through the interior. On the other hand, dust or dirt particles can be bound in the interior by the cooling liquid, as a result of which their deposit on the parts or components of the electrical machine can be prevented or delayed. Such internal direct liquid cooling is only reliably made possible if the connecting line is routed radially on the inside under the seal, i.e., for example, does not bear against the shaft element on the outside, since in this way a sufficiently good tightness or sealing effect of the seal can be achieved. For example, an oil or a water-glycol mixture or the like can be used as the cooling liquid. In individual cases, this can be determined, for example, depending on the respective requirements with regard to cooling capacity and electrical insulation or dielectric strength.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Dichtung als Öldichtung zum Halten von Öl in dem Innenraum ausgeführt. Die Verbindungsleitung ist dann unter, also radial innenseitig von dieser Öldichtung, einer ebenfalls das Wellenelement umgebenden separaten Staubdichtung und einem Lagersitz des Wellenelements hindurchgeführt. Auf diese Weise kann auch die Staubdichtung besonders dicht an dem Wellenelement anliegen und somit besonders effektiv wirken. Dazu kann das Wellenelement beispielsweise eine entsprechende Lauffläche für die Staubdichtung aufweisen. Diese Lauffläche - ebenso wie eine entsprechende außenseitige Lauffläche für die Dichtung bzw. Öldichtung - kann ein besonders glatter ringförmiger Abschnitt der Außenseite oder Außenoberfläche des Wellenelements sein. Zudem kann durch die hier vorgeschlagene Führung der Verbindungsleitung der Lagersitz besonders einfach realisiert und flexibel entlang des Wellenelements positioniert werden. Bevorzugt kann die Staubdichtung in axialer Richtung betrachtet auf einer von dem Innenraum abgewandten Seite der Öldichtung angeordnet sein. Dadurch können die Zuverlässigkeit bzw. Lebensdauer und die Dichtheit der Öldichtung verbessert bzw. besonders lange aufrechterhalten werden. Der Lagersitz kann hingegen auf einer dem Innenraum zugewandten Seite der Öldichtung, insbesondere innerhalb des Innenraums, angeordnet sein. Auf diese Weise kann gegebenenfalls ein als Kühlflüssigkeit in dem Innenraum eingesetztes Öl auch als Schmiermittel für ein an dem Lagersitz angeordnetes Lager bzw. entsprechende Wälzelemente dienen. Zudem ist auf diese Weise das Lager besonders effektiv vor Verschmutzung, beispielsweise Staubeintrag geschützt, insbesondere ohne dass dazu ein zusätzliches Lagergehäuse vorgesehen werden müsste.In a further advantageous embodiment of the present invention, the seal is designed as an oil seal to keep oil in the interior. The connecting line is then passed under, that is to say radially on the inside of this oil seal, a separate dust seal which also surrounds the shaft element and a bearing seat of the shaft element. In this way, the dust seal can also be in particularly close contact with the shaft element and thus be particularly effective. For this purpose, the shaft element can have a corresponding running surface for the dust seal, for example. This running surface - as well as a corresponding outside running surface for the seal or oil seal - can be a particularly smooth annular section of the outside or outer surface of the shaft element. In addition, the bearing seat can be implemented in a particularly simple manner and flexibly positioned along the shaft element by the routing of the connecting line proposed here. The dust seal can preferably be arranged on a side of the oil seal facing away from the interior space, viewed in the axial direction. As a result, the reliability or service life and the tightness of the oil seal can be improved or maintained for a particularly long time. The bearing seat, on the other hand, can be arranged on a side of the oil seal that faces the interior space, in particular inside the interior space. In this way, if necessary, an oil used as a cooling liquid in the interior can also serve as a lubricant for a bearing arranged on the bearing seat or for corresponding rolling elements. In addition, in this way the bearing is particularly effectively protected against contamination, for example the ingress of dust, in particular without an additional bearing housing having to be provided for this purpose.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Verbindungsleitung innerhalb einer in das Wellenelement wenigstens im Beriech der Dichtung zumindest Wesentlichen in dessen Längsrichtung eingebrachten Bohrung geführt. Die Längsrichtung des Wellenelements kann dabei insbesondere der Richtung der zentralen Drehachse entsprechen. Die Bohrung verläuft also im Hauptmaterial des Wellenelements, bei Ausführung des Wellenelements als Wellenaufnahme oder als Hohlwelle also insbesondere in deren Wand oder Mantel, die bzw. der dann den zentralen Hohlraum umgibt. Die Bohrung kann also insbesondere in radialer Richtung von der zentralen Drehachse beabstandet verlaufen, bevorzugt zumindest im Wesentlichen parallel zu der zentralen Drehachse. Dass die Bohrung zumindest im Wesentlichen in der jeweils beschriebenen Weise verläuft, kann vorliegend beispielsweise einen entsprechenden Verlauf bis auf Toleranzabweichungen oder beispielsweise bis auf Abweichungen bis zu 30° bedeuten. Ein tatsächlich zu der zentralen Drehachse paralleler Verlauf der Bohrung kann gegebenenfalls besonders einfach gefertigt werden. Ein im Vergleich dazu geneigter oder gekippter Verlauf - bei dem eine Längsrichtung zumindest eines Abschnitts der Bohrung im Bereich der Dichtung und eine die zentrale Drehachse in einer Längsquerschnittsfläche einen Winkel von mehr als 0° und höchstens 90° einschließen - kann hingegen auf besonders einfache Weise einen Austritt der Bohrung aus dem Wellenelement ermöglichen, beispielsweise als Ein- oder Austritt für die Verbindungsleitung. In jedem Fall kann die Bohrung auf einer dem Innenraum zugewandten Seite der Dichtung in anderer Richtung, insbesondere in radialer Richtung nach außen verlaufen. Dadurch kann die Verbindungsleitung in dem Innenraum aus dem Wellenelement heraus und zu der Rotorwicklung geführt werden. Durch die hier vorgeschlagene Anordnung des Wellenelements kann auf besonders einfache und zuverlässige Weise eine unterbrechungsfreie, einheitliche und kontinuierliche Ausgestaltung der Außenoberfläche des Wellenelements zumindest im Bereich der Dichtung erreicht bzw. ermöglicht werden. Gleichzeitig kann zusätzlicher Aufwand zum Halten der Verbindungsleitung gegen radial wirkende Fliehkräfte vermieden werden. Letzteres ist der Fall, da die Bohrung und damit auch die darin geführte Verbindungsleitung in einer Querschnittsebene durch das Wellenelement und die Verbindungsleitung betrachtet allseitig von dem Hauptmaterial des Wellenelements umgeben ist. Dadurch ist die Verbindungsleitung zudem besonders effektiv vor Beschädigungen geschützt. Die Bohrung kann insbesondere einen runden Querschnitt aufweisen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Fertigung und eine besonders geringe Schwächung des Wellenelements.In a further advantageous embodiment of the present invention, the connecting line is guided within a bore made in the shaft element at least in the area of the seal, at least essentially in its longitudinal direction. The longitudinal direction of the shaft element can in particular correspond to the direction of the central axis of rotation. The bore therefore runs in the main material of the shaft element, when the shaft element is designed as a shaft receptacle or as a hollow shaft, in particular in its wall or jacket, which then surrounds the central cavity. The bore can therefore run at a distance from the central axis of rotation, in particular in the radial direction, preferably at least essentially parallel to the central axis of rotation. The fact that the bore runs at least essentially in the manner described in each case can mean, for example, a corresponding course up to tolerance deviations or, for example, up to deviations of up to 30°. If necessary, a course of the bore that is actually parallel to the central axis of rotation can be manufactured particularly easily. A gradient that is inclined or tilted in comparison to this - in which a longitudinal direction of at least one section of the bore in the area of the seal and the central axis of rotation in a longitudinal cross-sectional area enclose an angle of more than 0° and at most 90° - can, on the other hand, in a particularly simple manner, Allow exit of the bore from the shaft element, for example as an entry or exit for the connecting line. In any case, the bore on a side of the seal facing the interior space can run in a different direction, in particular in the radial direction outwards. As a result, the connecting line can be routed out of the shaft element and to the rotor winding in the interior space. The arrangement of the shaft element proposed here makes it possible to achieve or enable an uninterrupted, uniform and continuous design of the outer surface of the shaft element at least in the area of the seal in a particularly simple and reliable manner. At the same time, additional effort for holding the connecting line against radially acting centrifugal forces can be avoided. the latter is This is the case when the bore and thus also the connecting line routed therein are surrounded on all sides by the main material of the shaft element, viewed in a cross-sectional plane through the shaft element and the connecting line. As a result, the connecting line is also particularly effectively protected against damage. The bore can in particular have a round cross section. This enables a particularly simple production and a particularly low weakening of the shaft element.

In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist in die Bohrung ein elektrisch isolierender Füllstoff eingebracht, der in der Bohrung die Verbindungsleitung umgibt. Die Verbindungsleitung ist innerhalb der Bohrung also durch den Füllstoff von dem Hauptmaterial des Wellenelements elektrisch isoliert. Zudem kann die Verbindungsleitung durch den Füllstoff in der Bohrung gehalten oder fixiert sein. Durch den Füllstoff kann zudem ein Eindringen von anderen Materialien oder Stoffen in die Bohrung verhindert oder reduziert werden. Der Füllstoff kann beispielsweise ein Gummi- oder Polymermaterial sein, das beispielsweise in die Bohrung eingespritzt oder eingepresst sein kann, insbesondere nach Einbringen der Verbindungsleitung in die Bohrung.In an advantageous development of the present invention, an electrically insulating filler is introduced into the bore, which fillet surrounds the connecting line in the bore. Within the bore, the connecting line is therefore electrically insulated from the main material of the shaft element by the filler. In addition, the connecting line can be held or fixed in the bore by the filler. The filler can also prevent or reduce penetration of other materials or substances into the bore. The filler can be a rubber or polymer material, for example, which can be injected or pressed into the bore, for example, in particular after the connecting line has been introduced into the bore.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Wellenelement mehrere voneinander beabstandete, wie beschrieben wenigstens im Bereich der Dichtung zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung des Wellenelements verlaufende Bohrungen auf. Diese Bohrungen können insbesondere zumindest im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung um die zentrale Drehachse herum verteilt angeordnet sein. Durch die Bohrungen ist jeweils eine Verbindungsleitung geführt, sodass mehrere Schleifringe der Schleifringeinheit, beispielsweise ein Schleifring für einen positiven Kontakt und ein Schleifring für einen negativen Kontakt, durch verschiedene der entsprechend mehreren Verbindungsleitungen kontaktiert sind. Dabei kann je nach Ausgestaltung der elektrischen Maschine bzw. der Rotorwicklung jeder Schleifring durch eine oder durch mehrere Verbindungsleitungen kontaktiert sein. Durch das Führen der Verbindungsleitungen durch individuelle Bohrungen können die Verbindungsleitungen besonders einfache elektrisch voneinander isoliert werden. Zudem kann auf diese Weise eine besonders gleichmäßige Massendichte oder Massenverteilung des Wellenelements erreicht werden, wodurch vorteilhaft eine Unwucht bei einer Rotation des Wellenelements um die zentrale Drehachse vermieden werden kann, beispielsweise im Vergleich zu einem Führen aller Verbindungsleitungen in einer einzigen Bohrung. Die Kontaktierung der Schleifringe durch jeweils mehrere Verbindungsleitungen kann beispielsweise einen besonders zuverlässigen Kontakt und/oder eine Ausbildung mehrerer magnetischer Rotorpole ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the present invention, the shaft element has a plurality of bores which are spaced apart from one another and, as described, run at least essentially in the longitudinal direction of the shaft element, at least in the region of the seal. These bores can in particular be distributed at least substantially uniformly in the circumferential direction around the central axis of rotation. A connecting line is routed through each of the bores, so that several slip rings of the slip ring unit, for example a slip ring for a positive contact and a slip ring for a negative contact, are contacted by different ones of the correspondingly several connecting lines. Depending on the design of the electrical machine or the rotor winding, each slip ring can be contacted by one or more connecting lines. By routing the connecting lines through individual bores, the connecting lines can be electrically insulated from one another in a particularly simple manner. In addition, a particularly uniform mass density or mass distribution of the shaft element can be achieved in this way, which advantageously makes it possible to avoid an imbalance when the shaft element rotates about the central axis of rotation, for example compared to routing all connecting lines in a single bore. The contacting of the slip rings by a plurality of connecting lines can, for example, enable a particularly reliable contact and/or the formation of a plurality of magnetic rotor poles.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kontaktiert die Verbindungsleitung die Schleifringeinheit bzw. einen jeweiligen Schleifring an einer radial innenliegenden Seite. Die Verbindungsleitung ist also von innen an eine der zentralen Drehachse zugewandte Innenseite der Schleifringeinheit bzw. des jeweiligen Schleifrings der Schleifringeinheit herangeführt. Dies kann für wenigstens eine, insbesondere aber für alle Verbindungsleitungen gelten. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann ein elektrischer Kontaktpunkt zwischen der Verbindungsleitung und der Schleifringeinheit bzw. dem jeweiligen Schleifring nach außen hin, insbesondere durch den jeweiligen Schleifring selbst, verdeckt oder überdeckt und somit vor Beschädigungen geschützt sein. Zudem kann auf diese Weise eine unerwünschte Verlagerung der Verbindungsleitung bzw. eines schleifringseitigen Endes der Verbindungsleitung, beispielsweise aufgrund von mechanischen Erschütterungen oder Fliehkräften im Betrieb der elektrischen Maschine vermieden werden, ohne dass dafür eine zusätzliche Halterung oder Fixierung der Verbindungsleitung notwendig wäre.In a further advantageous embodiment of the present invention, the connecting line contacts the slip ring unit or a respective slip ring on a radially inner side. The connecting line is therefore routed from the inside to an inside of the slip ring unit or of the respective slip ring of the slip ring unit which faces the central axis of rotation. This can apply to at least one connection line, but in particular to all connection lines. With the configuration proposed here, an electrical contact point between the connecting line and the slip ring unit or the respective slip ring can be hidden or covered from the outside, in particular by the respective slip ring itself, and thus protected from damage. In addition, an undesired displacement of the connecting line or an end of the connecting line on the slip ring side, for example due to mechanical shocks or centrifugal forces during operation of the electrical machine, can be avoided in this way without an additional holder or fixation of the connecting line being necessary for this.

Ebenso kann die Verbindungsleitung aber, insbesondere auf einer in axialer Richtung von dem Innenraum abgewandten Seite der Dichtung oder der genannten zusätzlichen Staubdichtung, radial nach außen aus dem Wellenelement herausgeführt sein. Die Verbindungsleitung kann dann beispielsweise außenseitig des Wellenelements in axialer Richtung zu der Schleifringeinheit bzw. in dem Innenraum zu einem Verbindungs- oder Anschlusspunkt der Rotorwicklung geführt sein. Außerhalb des Innenraums kann die Verbindungsleitung dann die Schleifringeinheit beispielsweise in axialer Richtung oder an einer radial außenliegenden Seite kontaktieren. Dies kann gegebenenfalls eine einfachere Fertigung ermöglichen.However, the connecting line can also be led out radially outwards from the shaft element, in particular on a side of the seal or of the additional dust seal mentioned that faces away from the interior in the axial direction. The connecting line can then be routed, for example, on the outside of the shaft element in the axial direction to the slip ring unit or in the interior to a connection or connection point of the rotor winding. Outside the interior, the connecting line can then contact the slip ring unit, for example in the axial direction or on a radially outer side. This can possibly enable simpler manufacture.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Dichtung als Radialwellendichtring ausgeführt. Insbesondere kann die Dichtung damit zur Abdichtung des Innenraums gegen einen Ölausfluss oder Ölverlust abgedichtet sein. In a further advantageous embodiment of the present invention, the seal is designed as a radial shaft seal. In particular, the seal can thus be sealed to seal off the interior against oil outflow or loss of oil.

Radialwellendichtringe stellen erfahrungsgemäß besonders hohe Anforderungen an die Glattheit und Formtreue einer Oberfläche oder Lauffläche, an der sie anliegen bzw. ihre Dichtwirkung erzielen sollen. Die Abdichtung des Innenraums durch einen derartigen Radialwellendichtring kann bei entsprechend präparierter Außenoberfläche des Wellenelements besonders effektiv sein. Eine solche Präparierung wird hier durch eine bezogen auf die entsprechende Ober oder Lauffläche des Wellenelements unterirdische, also radial innenliegende Anordnung oder Führung der Verbindungsleitung, also dadurch, dass die Verbindungsleitung diese Ober oder Lauffläche radial innenliegend von dem Radialwellendichtring untertunnelt, auf besonders einfache Weise ermöglicht. Insgesamt können somit in dem Innenraum Öl beispielsweise als Schmier- und/oder Kühlmittel, eingesetzt und gleichzeitig eine besonders hohe Zuverlässigkeit der elektrischen Maschine erreicht werden.Experience has shown that radial shaft seals place particularly high demands on the smoothness and dimensional stability of a surface or running surface on which they rest or are intended to achieve their sealing effect. The sealing of the interior space by a radial shaft sealing ring of this type can be particularly effective when the outer surface of the shaft element has been prepared accordingly. Such a preparation This is made possible in a particularly simple manner by an underground, i.e. radially inner, arrangement or routing of the connecting line in relation to the corresponding upper or running surface of the shaft element, i.e. by the connecting line tunneling under this upper or running surface radially on the inside of the radial shaft seal. Overall, oil can therefore be used in the interior, for example as a lubricant and/or coolant, and a particularly high level of reliability of the electrical machine can be achieved at the same time.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist an einer in dem Innenraum angeordneten Eintrittsstelle, an der die Verbindungsleitung in das Wellenelement eintritt, ein zusätzliches Dichtelement angeordnet. Dieses zusätzliche Dichtelement ist also von der genannten Dichtung und auch von der genannten Staubdichtung verschieden und separat. Das zusätzliche Dichtelement ist dazu angeordnet, um ein Vordringen einer Flüssigkeit, insbesondere eines Schmier- und/oder Kühlmittels, entlang der Verbindungsleitung zu der Schleifringeinheit zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass in der Praxis ohne das zusätzliche Dichtelement beispielsweise Öl aus dem Innenraum entlang der Verbindungsleitung kriechen kann. Dies kann auch dann der Fall sein, wenn die Verbindungsleitung in einer in das Wellenelement eingebrachten Bohrung geführt und diese Bohrung mit einem Polymermaterial oder dergleichen verfüllt ist. Gelangt Öl zu der Schleifringeinheit, so kann es deren Bürsten tränken und dadurch im Laufe der Zeit einen elektrischen Widerstand des entsprechenden Gleitkontakts ansteigen bzw. eine elektrische Leitfähigkeit der an den Schleifringen laufenden Bürsten reduzieren. Dies kann zu einer verringerten Effizienz oder sogar zu einem Ausfall der elektrischen Maschine führen. Da dies durch das zusätzliche Dichtelement vermieden oder verlangsamt werden kann, wird somit also letztlich die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der elektrischen Maschine vergrößert.In a further advantageous embodiment of the present invention, an additional sealing element is arranged at an entry point arranged in the interior space, at which point the connecting line enters the shaft element. This additional sealing element is therefore different and separate from the seal mentioned and also from the dust seal mentioned. The additional sealing element is arranged to prevent or at least reduce the penetration of a liquid, in particular a lubricant and/or coolant, along the connecting line to the slip ring unit. This is based on the finding that in practice, without the additional sealing element, for example oil can creep out of the interior space along the connecting line. This can also be the case when the connecting line is guided in a bore made in the shaft element and this bore is filled with a polymer material or the like. If oil gets to the slip ring unit, it can saturate its brushes and as a result an electrical resistance of the corresponding sliding contact can increase over time or reduce an electrical conductivity of the brushes running on the slip rings. This can lead to reduced efficiency or even failure of the electric machine. Since this can be avoided or slowed down by the additional sealing element, the reliability and longevity of the electrical machine is ultimately increased.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Maschine aufweist. Insbesondere kann die elektrische Maschine dabei als Traktionsmaschine des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ausgebildet, also Teil eines Antriebs des Kraftfahrzeugs sein. Der Einsatz der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist jedoch nicht auf den Fahrzeugbereich beschränkt, sondern kann ebenso zumindest nahezu beliebige andere Anwendungsbereiche oder technische Gebiete umfassen.A further aspect of the present invention is a motor vehicle which has at least one electric machine according to the invention. In particular, the electric machine can be designed as a traction machine of the motor vehicle according to the invention, ie it can be part of a drive of the motor vehicle. However, the use of the electric machine according to the invention is not limited to the vehicle sector, but can also include at least almost any other application areas or technical fields.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and feature combinations shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the invention to leave.

Die Zeichnung zeigt in:

1 eine ausschnittweise schematische Längsquerschnittansicht einer elektrischen Maschine, deren Schleifringe durch in einem Wellenelement geführte Verbindungsleitungen kontaktiert sind; und
2 eine ausschnittweise schematische Ansicht des Wellenelements in axialer Richtung.

The drawing shows in:

1 a fragmentary, schematic longitudinal cross-sectional view of an electrical machine, the slip rings of which are contacted by connecting lines guided in a shaft element; and
2 a partial schematic view of the shaft element in the axial direction.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

Für einen zuverlässigen Betrieb elektrischer Maschinen sollten diese idealerweise durch eine entsprechende Abdichtung vor einem Eintrag von Verschmutzungen geschützt werden. Eine zuverlässige Abdichtung ist dabei insbesondere im Falle flüssigkeitsgekühlter Maschinen besonders wichtig, da dabei auch noch ein Schleifring- oder Bürstenraum vor Flüssigkeiten aus einem Inneren der Maschine geschützt werden muss. Eine Abdichtung - speziell gegen Flüssigkeiten - mit dynamischen Dichtungen, wie etwa einem Radialwellendichtring, setzt dabei sehr genau gefertigte und bearbeitete, kontinuierliche Oberflächen voraus. Ein besonderes Problem ergibt sich in diesem Zusammenhang bei stromerregten Maschinen, da dort eine Stromführung vom Rotor zu einem außenliegenden Kontakt bzw. umgekehrt an einer entsprechenden Dichtstelle im Bereich einer drehenden Komponente vorbeigeführt werden muss.For reliable operation of electrical machines, they should ideally be protected against the ingress of contamination by an appropriate seal. Reliable sealing is particularly important in the case of liquid-cooled machines, since a slip ring or brush space must also be protected from liquids from inside the machine. A seal - especially against liquids - with dynamic seals, such as a radial shaft seal, requires very precisely manufactured and machined, continuous surfaces. A particular problem arises in this context in the case of current-excited machines, since there current must be routed from the rotor to an external contact or vice versa past a corresponding sealing point in the area of a rotating component.

Zur Lösung dieser Herausforderungen zeigt 1 eine ausschnittweise schematische Längsquerschnittansicht einer elektrischen Maschine 10. Diese elektrische Maschine 10 weist ein hier nur teilweise angedeutetes Gehäuse 12 auf, in dem insbesondere ein Stator und ein Rotor mit einer Rotorwicklung aufgenommen sind. Das Gehäuse 12 umgibt dabei einen Innenraum 14. Aus diesem Innenraum 14 ist dabei ein Wellenelement 18 der elektrischen Maschine 10 in deren äußere Umgebung 16 geführt.To solve these challenges shows 1 a fragmentary, schematic, longitudinal cross-sectional view of an electrical machine 10. This electrical machine 10 has a housing 12, only partially indicated here, in which, in particular, a stator and a rotor with a rotor winding are accommodated. The housing 12 surrounds an interior space 14. A shaft element 18 of the electrical machine 10 is guided from this interior space 14 into its external environment 16.

Das Wellenelement 18 umgibt einen zentralen Aufnahmeraum 20, in dem beispielsweise eine anzutreibende Welle angeordnet werden kann. Mittig durch das Wellenelement 18 und den Aufnahmeraum 20 verläuft in deren Längsrichtung eine zentrale Drehachse 22, um die das Wellenelement 18 und der Rotor der elektrischen Maschine 10 in deren Betrieb rotieren können.The shaft element 18 surrounds a central receiving space 20 in which, for example, a shaft to be driven can be arranged. A central axis of rotation 22 runs centrally through the shaft element 18 and the receiving space 20 in their longitudinal direction, around which the shaft element 18 and the rotor of the electric machine 10 can rotate during its operation.

An ihrer Außenseite oder Außenoberfläche weist das Wellenelement 18 hier beispielhaft einen Lagersitz 24 auf. Der Lagersitz 24 findet sich hier beispielhaft in dem Innenraum 14, kann grundsätzlich jedoch auch an anderer Stelle angeordnet sein. An dem Lagersitz 24 können beispielsweise Wälzelemente umlaufen, um das Wellenelement 18 relativ zu dem Gehäuse 12 drehbar zu lagern. Weiter weist das Wellenelement 18 hier eine Öldichtungslauffläche 26 sowie eine Staubdichtungslauffläche 28 auf. Die Öldichtungslauffläche 26 ist hier im Bereich eines Durchtritts des Wellenelements 18 durch eine Wand des Gehäuses 12 angeordnet. Dort ist auch eine Dichtung 30 der elektrischen Maschine 10, insbesondere eine Flüssigkeitsdichtung, wie beispielsweise ein Radialwellendichtring zur Ölabdichtung des Innenraums 14, angeordnet sein. Durch diese Dichtung 30 wird der Innenraum 14 vorliegend gegen die Umgebung 16 flüssigkeitsdicht abgedichtet.On its outer side or outer surface, the shaft element 18 has a bearing seat 24 here, for example. The bearing seat 24 is found here, for example, in the interior 14, but can in principle also be arranged at a different location. For example, rolling elements can run around on the bearing seat 24 in order to mount the shaft element 18 rotatably relative to the housing 12 . Furthermore, the shaft element 18 here has an oil seal running surface 26 and a dust sealing running surface 28 . The oil seal running surface 26 is arranged here in the area where the shaft element 18 passes through a wall of the housing 12 . There is also a seal 30 of the electrical machine 10, in particular a liquid seal, such as a radial shaft seal for oil sealing of the interior 14, be arranged. In the present case, the interior space 14 is sealed against the environment 16 in a liquid-tight manner by this seal 30 .

Die Staubdichtungslauffläche 28 ist hier außerhalb des Innenraums 14 auf einer in axialer Richtung von diesem abgewandten Seite der Öldichtungslauffläche 26 und der Dichtung 30 angeordnet. An der Staubdichtungslauffläche 28 kann eine separate Staubdichtung angeordnet sein, um ein Vordringen von Staub zu der Öldichtungslauffläche 26 bzw. der Dichtung 30 und letztlich in den Innenraum 14 zu vermeiden.The dust seal running surface 28 is here arranged outside of the inner space 14 on a side facing away from this in the axial direction of the oil seal running surface 26 and the seal 30 . A separate dust seal can be arranged on the dust seal running surface 28 in order to prevent dust from penetrating to the oil seal running surface 26 or the seal 30 and ultimately into the interior space 14 .

Weiter weist die elektrische Maschine 10 eine außerhalb des Innenraums 14 an dem Wellenelement 18 angeordnete Schleifringeinheit 32 auf. Die hier nur teilweise dargestellt Schleifringeinheit 32 umfasst einen ersten Schleifring 34 und einen von diesem beabstandeten, insbesondere elektrischen isolierten zweiten Schleifring 36. Die Schleifringe 34, 36 umgeben hier außenseitig das Wellenelement 18 und bilden Anschluss- oder Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung von außen. Die Schleifringeinheit 32 kann zudem beispielsweise auch an den Schleifringen 34, 36 anliegende Bürsten, einen entsprechenden Büstenhalter und dergleichen mehr umfassen.Furthermore, the electric machine 10 has a slip ring unit 32 arranged outside of the interior 14 on the shaft element 18 . The slip ring unit 32, only partially shown here, comprises a first slip ring 34 and a second slip ring 36 which is spaced apart from it and is in particular electrically insulated. The slip rings 34, 36 here surround the shaft element 18 on the outside and form connection or contact surfaces for electrical contacting from the outside. The slip ring unit 32 can also include, for example, brushes resting against the slip rings 34, 36, a corresponding brassiere and the like.

In das Wellenelement 18 sind vorliegend mehrere Bohrungen 38 eingebracht. Diese Bohrungen 38 erstrecken sich zumindest im Wesentlichen in Längsrichtung von jeweils einem der Schleifringe 34, 36 in Richtung des Innenraums 14 durch das Wellenelement 18 und sind innerhalb des Innenraums 14 in radialer Richtung nach außen aus dem Wellenelement 18 herausgeführt. In den Bohrungen 38 ist die jeweils eine Verbindungsleitung 40 geführt. Die Verbindungsleitungen 40 können beispielsweise Kupferdrähte oder dergleichen sein. Durch die Verbindungsleitungen 40 wird die Schleifringeinheit 32, werden also die Schleifringe 34, 36 mit der bzw. einer jeweiligen Rotorwicklung der elektrischen Maschine 10 elektrisch verbunden.In the present case, a plurality of bores 38 are introduced into the shaft element 18 . These bores 38 extend at least essentially in the longitudinal direction of one of the slip rings 34, 36 in the direction of the interior space 14 through the shaft element 18 and are led out of the shaft element 18 in the radial direction inside the interior space 14. One connecting line 40 is guided in each of the bores 38 . The connecting lines 40 can be copper wires or the like, for example. The slip ring unit 32 , ie the slip rings 34 , 36 , are electrically connected to the or a respective rotor winding of the electric machine 10 by the connecting lines 40 .

Die Bohrungen 38 und damit auch die Verbindungsleitungen 40 unterlaufen hier den Lagersitz 24, die Öldichtungslauffläche 26 und die Staubdichtungslauffläche 28 radial innenseitig. Der Lagersitz 24, die Öldichtungslauffläche 26 und die Staubdichtungslauffläche 28 sind hier durch die Bohrungen 38 also untertunnelt. Dadurch wird eine elektrische Verbindung der Schleifringeinheit 32 mit der Rotorwicklung ohne Beeinträchtigung einer Oberflächengüte des Lagersitzes 24, der Öldichtungslauffläche 26 und der Staubdichtungslauffläche 28 und damit ohne Beeinträchtigung einer entsprechenden Abdichtung des Innenraums 14 durch die Dichtung 30 gegen die Umgebung 16 ermöglicht bzw. erreicht.The bores 38 and thus also the connecting lines 40 run under the bearing seat 24, the oil seal running surface 26 and the dust sealing running surface 28 radially on the inside. The bearing seat 24, the oil seal running surface 26 and the dust seal running surface 28 are tunneled through the holes 38 so. This enables or achieves an electrical connection of the slip ring unit 32 to the rotor winding without impairing the surface quality of the bearing seat 24, the oil seal running surface 26 and the dust sealing running surface 28 and thus without impairing a corresponding sealing of the interior space 14 by the seal 30 against the environment 16.

Zur Abdichtung der Bohrungen 38, beispielsweise gegen aus dem Innenraum 14 eintretendes Öl, ist vorliegend an Eintrittsstellen, an denen die Verbindungsleitungen 40 in dem Innenraum 14 in das Wellenelement 18 eintreten, ein jeweiliges Dichtelement 42 angeordnet.In order to seal the bores 38, for example against oil entering from the interior 14, a respective sealing element 42 is arranged at entry points at which the connecting lines 40 in the interior 14 enter the shaft element 18.

2 zeigt eine ausschnittweise schematische Ansicht des Wellenelements 18 in axialer Richtung. Hier ist erkennbar, dass das Wellenelement 18 mehrere - vorliegend beispielhaft sechs - in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnete und voneinander beabstandete Bohrungen 38 zum Führen bzw. Aufnehmen jeweils einer Verbindungsleitung 40 aufweist. Je nach Ausgestaltung der elektrischen Maschine 10 bzw. deren Rotors sind ebenso andere Anzahlen von Bohrungen 38 und dementsprechend von Verbindungsleitungen 40 möglich. 2 shows a partial schematic view of the shaft element 18 in the axial direction. It can be seen here that the shaft element 18 has a plurality of bores 38 - in the present example six - which are arranged and spaced apart from one another and are uniformly distributed in the circumferential direction, for guiding or receiving a connecting line 40 in each case. Depending on the configuration of the electrical machine 10 or its rotor, other numbers of bores 38 and correspondingly of connecting lines 40 are also possible.

Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie ein Schleifringsystem bzw. eine Schleifringkontaktierung mit einer Innenraumabdichtung für stromerregte E-Maschinen für einen besonders zuverlässigen Betrieb kombiniert werden kann. Das Grundprinzip ist dabei, die Stromführung in einer Welle zu versenken und - bezogen auf deren äußere Oberfläche - unterirdisch unter einer Dichtungslauffläche hindurchzuführen.Overall, the examples described show how a slip ring system or a slip ring contact can be combined with an interior seal for current-excited electric machines for particularly reliable operation. The basic principle is to sink the power supply into a shaft and - based on its outer surface - to lead it underground under a sealing running surface.

BezugszeichenlisteReference List

1010: elektrische Maschineelectric machine
1212: Gehäusecasing
1414: Innenrauminner space
1616: UmgebungSurroundings
1818: Wellenelementwave element
2020: Aufnahmeraumrecording room
2222: zentrale Drehachsecentral axis of rotation
2424: Lagersitzbearing seat
2626: Öldichtungslaufflächeoil seal tread
2828: Staubdichtungslaufflächedust seal tread
3030: Dichtungpoetry
3232: Schleifringeinheitslip ring unit
3434: erster Schleifringfirst slip ring
3636: zweiter Schleifringsecond slip ring
3838: Bohrungendrilling
4040: Verbindungsleitungenconnection lines
4242: Dichtelementsealing element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1705781 A1 [0003]

Claims

Current-excited electrical machine (10), having a stator, a rotor which is arranged in an interior (14) of the electrical machine (10) and is mounted so as to be rotatable about a central axis of rotation (22) relative to the stator and has a rotor winding, a shaft element (18), which is coupled in a rotationally fixed manner to the rotor and led out of the interior (14), a slip ring unit (32) which is arranged outside of the interior (14) and forms an electrical contact on the shaft element (18), and a connecting line (40), which electrically connects the rotor winding to the slip ring unit (32), characterized in that the interior (14) is sealed off from the outside environment (16) by a seal surrounding the shaft element (18), the connecting line (40) being radially on the inside in an axial direction Direction under the seal (30) is passed.

Electrical machine (10) after claim 1 , characterized in that the electrical machine (10) is designed as an internally liquid-cooled electrical machine (10) in which the components of the electrical machine (10) exposed to the interior (14) during operation are covered by a coolant located in the interior (14). be applied.

Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the seal (30) is designed as an oil seal (30) for retaining oil in the interior (14) and the connecting line (40) under this oil seal (30), a separate dust seal also surrounding the shaft element (18) and a bearing seat (24) of the shaft element (18).

Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting line (40) inside a bore (38 ) is led.

Electrical machine (10) after claim 4 , characterized in that an electrically insulating filler is introduced into the bore (38), which surrounds the connecting line (40) in the bore (38).

Electrical machine (10) after claim 4 or 5 , characterized in that the shaft element (18) has a plurality of bores (38) which are spaced apart from one another and are in particular arranged uniformly in the circumferential direction around the central axis of rotation (22) and run at least essentially in the longitudinal direction of the shaft element (18) at least in the region of the seal (30). has, through each of which a connecting line (40) is routed, so that a plurality of slip rings of the slip ring unit (32) are contacted by different ones of the plurality of connecting lines (40).

Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting line (40) contacts the slip ring unit (32) on its radially inner side.

Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the seal (30) is designed as a radial shaft sealing ring (30).

Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an additional sealing element (42) is arranged at an entry point arranged in the interior (14) at which the connecting line (40) enters the shaft element (18), to prevent a liquid, in particular a lubricant and/or coolant, from penetrating along the connecting line (40) to the slip ring unit (32).

Motor vehicle having an electrical machine (10) according to one of the preceding claims, in particular as a traction machine (10).