DE102020133338A1

DE102020133338A1 - electrical machine

Info

Publication number: DE102020133338A1
Application number: DE102020133338.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Esly
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2022-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), umfassend einen Rotor (2) und einen Stator (3), wobei der Stator (3) einen Statorkörper (4) mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne (5) und zwischen den Statorzähnen (5) gebildeten Statornuten (6) aufweist, und wobei in den Statornuten (6) Statorwicklungen (7) angeordnet sind, wobei der Statorkörper (4) ein Statorblechpaket (9) mit einer sich in axialer Richtung durch den Statorkörper (4) erstreckenden Öffnung (10) aufweist, wobei in der Öffnung (10) eine elektrisch leitfähige Bürste (11) angeordnet ist, deren Bürstenbesatz (12) an dem Statorblechpaket (9) anliegt.The invention relates to an electrical machine (1), comprising a rotor (2) and a stator (3), the stator (3) having a stator body (4) with a large number of stator teeth (5) distributed around the circumference and between the stator teeth (5 ) formed stator slots (6), and in which stator windings (7) are arranged in the stator slots (6), the stator body (4) having a stator core (9) with an opening (10 ), wherein in the opening (10) an electrically conductive brush (11) is arranged, the brush facing (12) rests against the stator core (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten Statornuten aufweist, und wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind, wobei der Statorkörper ein Statorblechpaket mit einer sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckenden Öffnung aufweist.The present invention relates to an electrical machine, comprising a rotor and a stator, the stator having a stator body with a plurality of stator teeth arranged distributed circumferentially and stator slots formed between the stator teeth, and stator windings being arranged in the stator slots, the stator body having a stator lamination stack with an opening extending axially through the stator body.

Aus der DE 10 2018 117 463 A1 ist ein Stator für einen Elektromotor bekannt, mit einem Statorkern, wobei der Statorkern eine Mehrzahl von elektrisch zueinander isolierten Statorblechen aufweist, die in axialer Richtung in Bezug auf eine Motorachse gestapelt sind.From the DE 10 2018 117 463 A1 a stator for an electric motor is known, with a stator core, the stator core having a plurality of stator laminations which are electrically insulated from one another and which are stacked in the axial direction in relation to a motor axis.

Bei einem derartig ausgebildeten, ein Statorblechpaket umfassenden entstehen durch elektromagnetische Felder unterschiedliche Potentiale in den einzelnen Statorblechen. Daher müssen derartige Komponenten einer elektrischen Maschine in einer Hochvoltumgebung zum Schutz gegen elektrischen Schlag „geerdet“ sein.With such a design, comprising a stator core, different potentials arise in the individual stator cores due to electromagnetic fields. Therefore, such components of an electrical machine must be "grounded" in a high-voltage environment to protect against electric shock.

Um die einzelnen Statorbleche eines Statorblechpakets elektrisch leitend miteinander zu verbinden, ist es beispielsweise bekannt, Statorbleche miteinander zu verschweißen. Alternativ hierzu kann über eine Presspassung zwischen einer durch eine axial verlaufende Öffnung in einem Blechpaket eine Hülse eingepresst sein, die zwischen den Statorbblechen einen elektrischen Kontakt sicherstellt.In order to electrically conductively connect the individual stator laminations of a laminated stator core to one another, it is known, for example, to weld stator laminations to one another. As an alternative to this, a sleeve which ensures electrical contact between the stator laminations can be pressed in via a press fit between an opening running axially in a laminated core.

Jedoch ist mit einer Übergangspassung nicht immer der elektrische Kontakt zwischen Blech und Hülse sichergestellt. Eine Presspassung hingegen kann bei der Montage zu unerwünschten Verformungen der Rotorbleche führen. Hier kann während der Montage der Hülse in die korrespondierende Öffnung des Statorblechpakets mittels einer Presspassung dazu kommen, dass sich eine oder mehrere Statorbleche radial verformen, was zu einer Wellung innerhalb des Statorblechs führt. Diese Wellung bewirkt ein unerwünschtes Trennen der miteinander verbundenen Statorbleche.However, a transition fit does not always ensure electrical contact between the sheet metal and the sleeve. A press fit, on the other hand, can lead to undesired deformations of the rotor laminations during assembly. Here, during the assembly of the sleeve in the corresponding opening of the stator core by means of a press fit, one or more stator cores can deform radially, which leads to a corrugation within the stator core. This corrugation causes an undesired separation of the stator laminations connected to one another.

Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes, eine elektrische Maschine bereitzustellen, die eine hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit und Montagefreundlichkeit verbesserte Erdung des Statorblechpakets aufweist.In the light of the previously known state of the art, it is therefore the object of the subject matter of the invention to provide an electrical machine which has an improved grounding of the laminated stator core in terms of its operational reliability and ease of assembly.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei der Stator einen Statorkörper mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne und zwischen den Statorzähnen gebildeten Statornuten aufweist, und wobei in den Statornuten Statorwicklungen angeordnet sind, wobei der Statorkörper ein Statorblechpaket mit einer sich in axialer Richtung durch den Statorkörper erstreckenden Öffnung aufweist, wobei in der Öffnung eine elektrisch leitfähige Bürste angeordnet ist, deren Bürstenbesatz an dem Statorblechpaket anliegt.This object is achieved by an electrical machine comprising a rotor and a stator, the stator having a stator body with a plurality of stator teeth arranged distributed around the circumference and stator slots formed between the stator teeth, and stator windings being arranged in the stator slots, the stator body having a laminated stator core having an opening extending in the axial direction through the stator body, an electrically conductive brush being arranged in the opening, the brush trimming of which rests against the laminated core of the stator.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass es zu keinen unerwünschten Verformungen an dem Statorblechpaket kommen kann, da kein starres Bauteil mit einer Presspassung in dem Statorblechpaket angeordnet wird, wie es beispielsweise bei aus dem Stand der Technik bekannten Presshülsen der Fall ist, sondern ein „weiches“ Bauteil in Form einer Bürste mit flexiblen Bürstenbesatz, welche keine Kräfte auf das Statorblech ausübt, die zu einer unerwünschten Verformung des Statorblechpakets führen könnten. Die Bürste erlaubt ferner eine sehr sichere elektrische Kontaktierung der einzelnen Elektrobleche des Statorblechpakets. Ferner ist eine Bürste sehr einfach und sicher zu Montieren und kann vergleichsweise gewichtsarm ausgestaltet werden.This has the advantage that no undesired deformations can occur on the laminated stator core, since no rigid component is arranged with a press fit in the laminated stator core, as is the case, for example, with press sleeves known from the prior art, but a "soft" one “ Component in the form of a brush with flexible brush trimmings, which does not exert any forces on the stator laminations that could lead to an undesirable deformation of the stator laminations. The brush also allows very reliable electrical contacting of the individual electrical laminations of the stator core. Furthermore, a brush is very easy and safe to assemble and can be designed to be comparatively light.

Durch den Einsatz einer leitfähigen Bürste können somit die Einzelbleche des Statorblechpakets auf einfache und sichere Weise miteinander elektrisch verbunden werden. Hierdurch kann auf eine Verformung von Einzelteilen oder ein Verschweißen der Einzelbleche verzichtet werden.By using a conductive brush, the individual laminations of the laminated stator core can thus be electrically connected to one another in a simple and reliable manner. As a result, there is no need to deform individual parts or to weld the individual sheets together.

Die Bürste kann beispielsweise als Streifenbürste oder Walzenbürste ausgebildet sein.The brush can be designed, for example, as a strip brush or roller brush.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die Öffnung vollständig in axialer Richtung durch das Statorblechpaket erstreckt, so dass alle Einzelbleche durch die Bürste vollständig kontaktierbar sind.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the opening extends completely in the axial direction through the laminated core of the stator, so that all individual laminations can be fully contacted by the brush.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Öffnung als kreisrunde Bohrung ausgebildet ist, in welche eine zylinderförmige Bürste eingesetzt ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die Bürste sich praktisch selbst in der Bohrung zentrieren kann.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the opening is designed as a circular bore into which a cylindrical brush is inserted. This has the advantage that the brush can practically center itself in the hole.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Bürste einen elektrisch leitfähigen stabförmigen, zylindrischen Grundkörper besitzt, an dem der elektrisch leitfähige Bürstenbesatz angeordnet ist. Die Bürste kann so beispielsweise als Streifenbürste oder Walzenbürste ausgebildet sein.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the brush has an electrically conductive, rod-shaped, cylindrical base body on which the electrically conductive brush facing is arranged. The brush can thus be designed, for example, as a strip brush or roller brush.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Borsten des Bürstenbesatzes aus Kupfer gefertigt sind, was eine besonders gute elektrische Leitung bewirkt.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the bristles of the brush trimming are made of copper, which results in particularly good electrical conduction.

Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Besatzlänge der Bürste 3-30, bevorzugt 5-20 mal dem Durchmesser des Grundkörpers entspricht, woraus sich eine hinreichende Flexibilität bzw. „Weichheit“ der Bürste realisieren lässt, so dass keine Verformungen an dem Statorblechpaket durch die Bürste hervorgerufen werden.Furthermore, the invention can also be further developed in such a way that the bristle length of the brush corresponds to 3-30, preferably 5-20 times the diameter of the base body, from which a sufficient flexibility or "softness" of the brush can be realized, so that no deformations occur the stator laminated core caused by the brush.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Verhältnis des Durchmessers der Öffnung zu dem Durchmesser der Bürste 0,65-0,95, bevorzugt 0,8-0,9 beträgt. In diesem Parameterbereich kann ein besonders gutes Verhältnis aus Kontaktierungssicherheit und Schutz gegen Verformungen des Statorblechpakets durch die Bürste bewirkt werden.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that the ratio of the diameter of the opening to the diameter of the brush is 0.65-0.95, preferably 0.8-0.9. In this parameter range, a particularly good relationship between contact reliability and protection against deformation of the stator core can be achieved by the brush.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Bürstenbesatz aus zylinderförmigen Borsten gebildet ist.It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the brush facing is formed from cylindrical bristles.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die Bürste an dem Statorkörper fixiert ist, so dass sie beim Betrieb der elektrischen Maschine nicht ungewollt aus dem Stator bewegt werden kann.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that the brush is fixed to the stator body so that it cannot be accidentally moved out of the stator during operation of the electrical machine.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass die Bürste elektrisch leitend mit einer Zentrierhülse und/oder einem Befestigungsmittel verbunden ist, wobei die Zentrierhülse und/oder das Befestigungsmittel elektrisch leitend mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine verbunden und die Bürste geerdet ist.Finally, the invention can also be advantageously implemented such that the brush is electrically conductively connected to a centering sleeve and/or a fastener, the centering sleeve and/or the fastener being electrically conductively connected to a housing of the electrical machine and the brush being grounded .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.

Es zeigt:

1 eine elektrische Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
2 ein Statorkörper in einer schematischen Querschnittsdarstellung, und
3 ein elektrischer und hybrider Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.

It shows:

1 an electrical machine in a schematic axial section view,
2 a stator body in a schematic cross-sectional representation, and
3 an electric and hybrid drive train of a motor vehicle.

Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 1, beispielsweise zur Verwendung innerhalb eines vollelektrischen oder hybriden Antriebsstrangs 18 eines Kraftfahrzeugs 19, wie es exemplarisch in der 3 gezeigt ist.the 1 shows an electric machine 1, for example for use within an all-electric or hybrid drive train 18 of a motor vehicle 19, as exemplified in FIG 3 is shown.

Die elektrische Maschine 1 umfasset einen Rotor 2 und einen Stator 3, wobei der Stator 3 einen Statorkörper 4 mit einer Vielzahl umfänglich verteilt angeordneter Statorzähne 5 und zwischen den Statorzähnen 5 gebildeten Statornuten 6 aufweist, was in der 2 gezeigt ist. Wie anhand der 2 auch ersichtlich ist, sind in den Statornuten 6 Statorwicklungen 7 angeordnet.The electrical machine 1 comprises a rotor 2 and a stator 3, the stator 3 having a stator body 4 with a plurality of circumferentially distributed stator teeth 5 and formed between the stator teeth 5 stator slots 6, which in the 2 is shown. How based on 2 can also be seen, 6 stator windings 7 are arranged in the stator slots.

Der Statorkörper 4 umfasst ein Statorblechpaket 9 mit einer sich in axialer Richtung durch den Statorkörper 4 erstreckenden Öffnung 10. In der Öffnung 10 ist eine elektrisch leitfähige Bürste 11 angeordnet, deren Bürstenbesatz 12 an dem Statorblechpaket 9 anliegt und so die einzelnen Elektrobleche des Die Öffnung 10 erstreckt sich vollständig in axialer Richtung durch das Statorblechpaket 9.The stator body 4 comprises a stator core 9 with an opening 10 extending in the axial direction through the stator body 4. An electrically conductive brush 11 is arranged in the opening 10, the brush facing 12 of which bears against the stator core 9 and thus the individual electrical laminations of the opening 10 extends completely in the axial direction through the stator core 9.

Die Bürste 11 ist über ein die elektrische Verbindung 17 ausbildendes Blech an dem Statorkörper 4 fixiert und elektrisch leitend mit einer Zentrierhülse 15 und/oder einem Befestigungsmittel 16 verbunden, wobei die Zentrierhülse 15 und/oder das Befestigungsmittel 16 ihrerseits elektrisch leitend mit einem Gehäuse 8 der elektrischen Maschine 1 verbunden ist/sind. Somit ist die Bürste 11 geerdet.The brush 11 is fixed to the stator body 4 via a sheet metal forming the electrical connection 17 and is electrically conductively connected to a centering sleeve 15 and/or a fastener 16, with the centering sleeve 15 and/or the fastener 16 in turn being electrically conductively connected to a housing 8 of the electrical machine 1 is connected / are. Thus, the brush 11 is grounded.

Wie der 2 gut entnehmbar, ist die Öffnung 10 als kreisrunde Bohrung ausgebildet in welche die zylinderförmige Bürste 11 eingesetzt ist. Die Bürste 11 besitzt einen elektrisch leitfähigen stabförmigen, zylindrischen Grundkörper 13, an dem der sich in radialer Richtung strahlenartig erstreckende Bürstenbesatz 12 angeordnet ist.Again 2 easily removable, the opening 10 is designed as a circular bore into which the cylindrical brush 11 is inserted. The brush 11 has an electrically conductive, rod-shaped, cylindrical base body 13 on which the brush trimming 12 extending radially in the manner of rays is arranged.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.

BezugszeichenlisteReference List

11: elektrische Maschineelectric machine
22: Rotorrotor
33: Statorstator
44: Statorkörperstator body
55: Statorzähnestator teeth
66: Statornutenstator slots
77: Statorwicklungenstator windings
88th: GehäuseHousing
99: Statorblechpaketstator core
1010: Öffnungopening
1111: Bürstebrush
1212: Bürstenbesatzbrush trimmings
1313: Grundkörperbody
1414: Borstenbristles
1515: Zentrierhülsecentering sleeve
1616: Befestigungsmittelfasteners
1717: elektrische Verbindungelectrical connection
1818: Antriebsstrangpowertrain
1919: Kraftfahrzeugmotor vehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102018117463 A1 [0002]

Claims

Electrical machine (1), comprising a rotor (2) and a stator (3), the stator (3) having a stator body (4) with a large number of stator teeth (5) distributed around the circumference and stator slots (5) formed between the stator teeth (5). 6), and wherein stator windings (7) are arranged in the stator slots (6), the stator body (4) having a laminated stator core (9) with an opening (10) extending through the stator body (4) in the axial direction, characterized characterized in that an electrically conductive brush (11) is arranged in the opening (10), the brush facing (12) of which lies against the stator core (9).

Electric machine (1), after claim 1 , characterized in that the opening (10) extends completely in the axial direction through the stator core (9).

Electric machine (1), after claim 1 or 2 , characterized in that the opening (10) is designed as a circular bore, in which a cylindrical brush (11) is inserted.

Electric machine (1), after claim 3 , characterized in that the brush (11) has an electrically conductive rod-shaped, cylindrical base body (13) on which the electrically conductive brush facing (12) is arranged.

Electrical machine (1), characterized in that the bristles (14) of the brush facing (12) are made of copper.

Electric machine (1), according to one of claims 2 - 5 , characterized in that the bristle length of the brush (11) corresponds to 3-30, preferably 5-20 times the diameter of the base body (13).

Electric machine (1), according to one of claims 2 - 6 , characterized in that the ratio of the diameter of the opening (10) to the diameter of the brush (11) is 0.65-0.95, preferably 0.8-0.9.

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the brush facing (12) is formed from cylindrical bristles (14).

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the brush (11) is fixed to the stator body (4).

Electrical machine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the brush (11) is electrically conductively connected to a centering sleeve (15) and/or a fastening means (16), the centering sleeve (15) and/or the Fastening means (16) is electrically conductively connected to a housing (7) of the electrical machine (1).