DE102021115993A1

DE102021115993A1 - Stromübertragungs-Teilvorrichtung einer stromerregten Synchronmaschine als Antriebsmotor in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE102021115993A1
Application number: DE102021115993.8A
Authority: DE
Inventors: Philip Moerth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-12-22
Also published as: KR20230131278A; US20240204631A1; CN117044079A; JP2024521275A; WO2022268404A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromübertragungs-Teilvorrichtung einer stromerregten Synchronmaschine (SSM) als Antriebsmotor in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, deren Läufer zur Stromversorgung Schleifringe aufweist und über Kohlebürsten kontaktiert und mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die Stromübertragungs-Teilvorrichtung mindestens einen Bürstenköcher zur Aufnahme einer Kohlebürste aufweist, wobei die Kohlebürste eine vormontierte Litze aufweist und wobei der Bürstenköcher an einem Bürstenträger angebracht ist sowie eine öhrförmige Litzenführung derart aufweist, dass die Kohlebürste trotz Litze passgenau in den Bürstenköcher einschiebbar ist und danach die Litze durch die öhrförmige Litzenführung schlackerreduzierend zum Anschluss am Bürstenträger fädelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromübertragungs-Teilvorrichtung einer stromerregten Synchronmaschine als Antriebsmotor in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, dessen Läufer (Rotor) zur Stromversorgung Schleifringe aufweist und über Kohlebürsten des sogenannten Bürstenhaltermoduls kontaktiert sowie mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Stromübertragungs-Teilvorrichtung betrifft insbesondere den stehenden Teil eines Rotor-Stromüberträgers, der das Bürstenhaltermodul umfasst.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2013 222 629 A1 , DE 10 2008 044 189 A1 und DE 10 2015 220 897 A1 bekannt. Die bekannten Stromübertragungs-Teilvorrichtungen sind insbesondere Bürstenhaltersysteme mit sogenannten Bürstenhalterungen oder Bürstenköchern. In der DE 10 2013 222 629 A1 ist beispielsweise eine Bürstenplatte (Bürstenträger) mit darauf angeordneten Bürstenhalterungen (Bürstenköcher) beschrieben. Dabei sind mehrere Bürstenhalterungen mit jeweils einer darin angeordneten Kohlebürste vorgesehen, wobei die Kohlebürsten in Radialrichtung verschiebbar in den Bürstenhalterungen aufgenommen sind. Die Bürstenhalterungen sind fest mit der Bürstenplatte verbunden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorgenannte Stromübertragungs-Teilvorrichtung im Hinblick auf eine sicherere Verhinderung von ungewollten Kurzschlüssen einer Bürstenlitze mit Gehäusekomponenten weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenständer der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Stromübertragungs-Teilvorrichtung betrifft insbesondere ein Kohlebürstensystem mit Bürstenhaltermodul für Elektromotoren. Bei einem grundsätzlichen Aufbau einer elektrischen Energieversorgung in einem aus dem Stand der Technik bekannten Hybrid- oder Elektro-Fahrzeug ist grob vereinfacht beschrieben eine Hochvoltbatterie über entsprechende Anschlüsse der Hochvolt-Potentiale an einen Hochvolt-Wechselrichter und über diesen mit einem elektrischen Antriebsmotor, der hier ein SSM Synchronmotor ist, verbunden. Im Fall des Einsatzes einer stromerregten Synchronmaschine SSM wird über eine Brückenschaltung im Bereich des Hochvolt-Wechselrichter ein Erregerstrom für einen Läufer der Synchronmaschine SSM bereitgestellt. Davon getrennt wird auch ein stehender Teil eines Rotor-Stromüberträgers des Antriebsmotors durch den Hochvolt-Wechselrichter über Versorgungsleitungen mit entsprechend aufbereiteter elektrischer Energie versorgt. Die Erfindung betrifft die Übertragung dieser Hochvoltenergie vom stehenden Teil eines Rotor-Stromüberträgers auf den Läufer über Kohlebürsten.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

Bei Elektroantriebssystemen bestehen besonders hohe Herausforderungen im Rahmen der Hochvoltisolation bzw. im Rahmen von Sicherheitsmaßnahmen beim Führen von elektrischer Hochspannung über Komponenten an einer E-Maschine, insbesondere in Form eines stromerregten Synchronmotors (SSM), beispielsweise über stromführende Litzen und Kohlebürsten einer Stromübertragungs-Teilvorrichtung. Aufgrund von thermischen und chemischen Anforderungen werden derartige Hochvolt-Litzen eher nicht mittels eines Schrumpfschlauches isoliert und müssen daher anderweitig abgesichert werden. Ein thermisch optimiertes Konzept ist nicht durch Isolationsgehäuse von der Peripherie (leitfähige Massebauteile) getrennt, wodurch ein Risiko des Kontakts von Hochvoltkomponenten mit Gehäusekomponenten besteht.

Die Grundidee der Erfindung ist insbesondere eine alternative Blechstanzung und/oder -biegung im Kohlebürstenköcher zur Änderung der Einpressrichtung, der Länge und der Befestigungsführung einer nicht isolierten Kupferlitze, die in einer Kohlebürste vormontiert ist.
Erfindungsgemäß weist die Stromübertragungs-Teilvorrichtung als stehender Teil des Stromüberträgers eines stromerregten Synchronmotors („SSM“) mehrere Bürstenköcher zur Aufnahme von Kohlebürsten auf. Der elektrische Anschluss einer Kohlebürste erfolgt durch eine integrierte (vormontierte, insbesondere eingepresste) Kupferlitze. Die Kupferlitze kann seitlich oder vorne an der Kohlebürste (im Bezug zur Aufhängung der Kohlebürste) angebracht sein. Die Kupferlitze ist durch eine (blechgestanzte) Aussparung (seitlich oder vorne) im Bürstenköcher geführt, die ein Einschieben der eigentlich passgenau zu haltenden Bürste trotz Litze zulässt. Die Aussparung (Teilschlitz) ist insbesondere im Bereich des Austritts der Litze aus der Bürste vorgesehen und dient somit als Litzenführung bis zur Endposition der Bürste im Köcher. Diese Aussparung oder Litzenführung weist zudem ein Öhr auf, um die Litze zur Anbindung (Befestigungsführung) an den Bürstenträger locker, aber mit möglichst geringer Länge zu führen und gegen Schlackern zu sichern. Die öhrförmige Litzenführung ist somit gegen ein Abscheren der an der Bürste vormontierten Litze beim Einführen in den bereits an dem Trägerblech fixierten Bürstenköcher und gleichzeitig als Schlackersicherung vorgesehen.
Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

1 eine Prinzipdarstellung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Kohlebürstenhalters mit einer seitlichen Aussparung und einem öhrbildenden seitlichen Ausleger in drei verschiedenen Ansichtsrichtungen,
2 eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht von links,
3 eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht von rechts,
4 eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel in Draufsicht von vorne,
5 eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel in Draufsicht von oben,
6 eine Prinzipdarstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Kohlebürstenhalters mit einer vorderen Aussparung und einem öhrbildenden in Längsrichtung überstehenden Steg in drei verschiedenen Ansichtsrichtungen,
7 eine Prinzipdarstellung eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung des Kohlebürstenhalters mit einer vorderen Aussparung und einer öhrbildenden nach vorne ausgewölbtem Halböse in drei verschiedenen Ansichtsrichtungen und
8 eine fotographische Darstellung einer Stromübertragungs-Teilvorrichtung mit einem Kohlebürstenhalter nach dem internen Stand der Technik.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei wird ohne Beschränkung nachfolgend nur ein Einsatz in einem Fahrzeug mit elektrischer Energieversorgung aus einem Akkumulator bzw. Hochvoltspeicher betrachtet.
Grundsätzlich gilt für die 1 bis 7 gemeinsam, dass eine erfindungsgemäße Stromübertragungs-Teilvorrichtung einer fremderregten Synchronmaschine (SSM) mindestens einen Bürstenköcher 1 zur Aufnahme einer Kohlebürste 2 aufweist, dass die Kohlebürste 2 eine vormontierte Litze 4 aufweist und dass der Bürstenköcher 1 an einem Bürstenträger 3 angebracht ist. Ferner weist der Bürstenköcher 1 eine öhrförmige Litzenführung, insbesondere bestehend aus einer Aussparung 5 und einem Öhr 7 (im weitesten Sinne ist auch ein Teil-Öhr umfasst) derart auf, dass die Kohlebürste 2 trotz Litze 4 passgenau in den Bürstenköcher 1 einschiebbar ist und danach die Litze 4 durch die öhrförmige Litzenführung 5 und 7 schlackerreduzierend zum Anschluss am Bürstenträger 3 fädelbar ist.
1 stellt hierzu schematisch ein erstes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dar. Dabei ist die Litzenführung 5 als seitliche Aussparung des Bürstenköchers 1 ausgebildet, wobei ein Öhr 7 durch eine brückenartige Verbindung in Form eines Auslegers 6 vom oberen Aussparungsrand des Bürstenköchers 1 zum Bürstenträger 3 ausgebildet ist. Die brückenartige Verbindung 6 ist derart von der Kohlebürste 2 beabstandet, dass die Litze 4 durch das dabei entstehende Öhr 7 durchfädelbar ist und durch das Öhr 7 nach Befestigung an dem Bürstenträger 3 gegen Schlackern weitgehend gesichert ist.
2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer Seitenansicht von links.
3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer Seitenansicht von rechts.
4 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer Draufsicht von vorne.
5 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer konkreten Ausführungsform zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer Draufsicht von oben.
6 stellt zur oben beschriebenen grundsätzlichen (für alle 1 bis 7 geltenden) Ausgestaltung ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dar. Dabei ist die Litzenführung 5 als vordere Aussparung des Bürstenköchers 1 ausgebildet, wobei ein Öhr 7 durch eine brückenartige Verbindung 6 in Form eines Steges vom oberen Aussparungsrand 8, der über die Kohlebürste 2 nach oben hinausragt, zum Bürstenträger 3 ausgebildet ist. Diese brückenartige Verbindung 6 ist wieder derart von der Kohlebürste 2 beabstandet, dass die Litze 4 durch das dabei entstehende Öhr 7 durchfädelbar ist.
7 stellt zur oben beschriebenen grundsätzlichen (für alle 1 bis 7 geltenden) Ausgestaltung ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dar. Dabei ist die Litzenführung 5 als vordere Aussparung des Bürstenköchers 1 ausgebildet, wobei ein Öhr 7 durch eine brückenartige Verbindung 6 in Form einer nach vorne herausragenden Halböse vom linken Aussparungsrand zum rechten Aussparungsrand des Bürstenköchers 1 ausgebildet ist. Auch hier ist diese brückenartige Verbindung 6 wieder derart von der Kohlebürste 2 beabstandet, dass die Litze 4 durch das dabei entstehende Öhr 7 durchfädelbar ist.
8 eine fotographische Darstellung einer Stromübertragungs-Teilvorrichtung mit einem Kohlebürstenhalter nach dem internen Stand der Technik. Die darin gezeigt Litzenführung neigt zum Schlackern, das erfindungsgemäß zumindest reduziert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013222629 A1 [0002]
DE 102008044189 A1 [0002]
DE 102015220897 A1 [0002]

Claims

Stromübertragungs-Teilvorrichtung einer stromerregten Synchronmaschine (SSM), deren Läufer zur Stromversorgung Schleifringe aufweist und über Kohlebürsten (2) kontaktiert und mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die Stromübertragungs-Teilvorrichtung mindestens einen Bürstenköcher (1) zur Aufnahme einer Kohlebürste (2) aufweist, wobei die Kohlebürste (2) eine vormontierte Litze (4) aufweist und wobei der Bürstenköcher (1) an einem Bürstenträger (3) angebracht ist sowie eine öhrförmige Litzenführung (5, 7) derart aufweist, dass die Kohlebürste (2) trotz Litze (4) passgenau in den Bürstenköcher (1) einschiebbar ist und danach die Litze (4) durch die öhrförmige Litzenführung (5, 7) schlackerreduzierend zum Anschluss am Bürstenträger (3) fädelbar ist.
Stromübertragungs-Teilvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzenführung (5) als seitliche Aussparung des Bürstenköchers (1) ausgebildet ist, wobei ein Öhr (7) in Form einer brückenartige Verbindung (6) vom oberen Aussparungsrand des Bürstenköchers (1) zum Bürstenträger (3), beabstandet von der Kohlebürste (2), ausgebildet ist.
Stromübertragungs-Teilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzenführung (5) als vordere Aussparung des Bürstenköchers (1) ausgebildet ist, wobei ein Öhr (7) in Form einer brückenartige Verbindung (6) vom oberen Aussparungsrand (8), der über die Kohlebürste (2) hinausragt, zum Bürstenträger (3), beabstandet von der Kohlebürste (2), ausgebildet ist.
Stromübertragungs-Teilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzenführung (5) als vordere Aussparung des Bürstenköchers (1) ausgebildet ist, wobei ein Öhr (7) in Form einer brückenartige Verbindung (6) vom linken Aussparungsrand zum rechten Aussparungsrand des Bürstenköchers (1), beabstandet von der Kohlebürste (2), ausgebildet ist.
Fahrzeug mit einer Stromübertragungs-Teilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.