DE102021124522A1

DE102021124522A1 - Sealing plug for the electrical connection of a brush module of an electrical machine

Info

Publication number: DE102021124522A1
Application number: DE102021124522.2A
Authority: DE
Inventors: Philip Moerth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2023-03-23

Abstract

Es wird ein Dichtungsstopfen beschrieben, der einen Grundkörper umfasst, der ausgebildet ist, eine Öffnung in einer Trennwand zwischen einem Bürstenmodul einer elektrischen Maschine und einer Stromversorgung der elektrischen Maschine abzudichten. Des Weiteren umfasst der Dichtungsstopfen Leitungselemente an einer Versorgungsseite des Grundkörpers, die ausgebildet sind, elektrisch leitende Verbindungen mit entsprechenden Leitungselementen der Stromversorgung zu bilden. Der Dichtungsstopfen umfasst ferner Leitungen an einer Bürstenseite des Grundkörpers, die elektrisch leitend mit den entsprechenden Leitungselementen des Dichtungsstopfens verbunden sind, und die ausgebildet sind, elektrisch leitende Verbindungen mit entsprechenden Kontaktelementen des Bürstenmoduls zu bilden.A sealing plug is described which comprises a base body which is designed to seal an opening in a partition wall between a brush module of an electrical machine and a power supply of the electrical machine. Furthermore, the sealing plug includes line elements on a supply side of the base body, which are designed to form electrically conductive connections with corresponding line elements of the power supply. The sealing plug also includes lines on a brush side of the base body, which are electrically conductively connected to the corresponding line elements of the sealing plug, and which are designed to form electrically conductive connections with corresponding contact elements of the brush module.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung die elektrische Anbindung des Bürstenmoduls einer elektrischen Maschine an den Inverter der elektrischen Maschine.The invention relates to an electrical machine, such as a synchronous machine. In particular, the invention relates to the electrical connection of the brush module of an electrical machine to the inverter of the electrical machine.

Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der einen Rotor der elektrischen Maschine umschließt.An at least partially electrically powered vehicle includes an electric machine for driving the vehicle. The electrical machine includes a stator that encloses a rotor of the electrical machine.

Die elektrischen Windungen eines stromerregten Rotors werden typischerweise über Schleifringe und über ein Bürstenmodul mit elektrischer Energie aus einer Stromversorgung, insbesondere über einen Inverter, versorgt.The electrical windings of a current-excited rotor are typically supplied with electrical energy from a power supply, in particular via an inverter, via slip rings and via a brush module.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, das Bürstenmodul einer elektrischen Maschine in effizienter, zuverlässiger und sicherer Weise elektrisch leitend mit einer elektrischen Energieversorgung, insbesondere mit einem Inverter, zu verbinden.The present document deals with the technical task of electrically conductively connecting the brush module of an electrical machine to an electrical energy supply, in particular to an inverter, in an efficient, reliable and safe manner.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.The object is solved by the independent claim. Advantageous embodiments are described inter alia in the dependent claims. It is pointed out that additional features of a patent claim dependent on an independent patent claim without the features of the independent patent claim or only in combination with a subset of the features of the independent patent claim can form a separate invention independent of the combination of all features of the independent patent claim, which can be made the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to the technical teachings described in the description, which can form an invention independent of the features of the independent patent claims.

Gemäß einem Aspekt wird ein Dichtungsstopfen beschrieben. Der Dichtungsstopfen kann ausgebildet sein, eine staubdichte Trennung zwischen dem Bürstenmodul und der Stromversorgung (insbesondere dem Inverter) einer elektrischen Maschine, insbesondere einer stromerregten, elektrischen Synchronmaschine, zu bewirken. Ferner kann der Dichtungsstopfen ausgebildet sein, eine elektrische Anbindung des Bürstenmoduls an die Stromversorgung zu ermöglichen (über mehrere, insbesondere über zwei, elektrisch leitende Verbindungen). Durch den Dichtungsstopfen kann somit eine sichere, zuverlässige und effiziente Anbindung des Bürstenmoduls an die Stromversorgung ermöglicht werden.According to one aspect, a sealing plug is described. The sealing plug can be designed to bring about a dust-tight separation between the brush module and the power supply (in particular the inverter) of an electrical machine, in particular a current-excited electrical synchronous machine. Furthermore, the sealing plug can be designed to enable an electrical connection of the brush module to the power supply (via several, in particular via two, electrically conductive connections). A secure, reliable and efficient connection of the brush module to the power supply can thus be made possible by the sealing plug.

Der Dichtungsstopfen umfasst einen (elektrisch isolierenden) Grundkörper, der ausgebildet ist, eine Öffnung in einer Trennwand zwischen dem Bürstenmodul der elektrischen Maschine, insbesondere der stromerregten, elektrischen Synchronmaschine, und der Stromversorgung der elektrischen Maschine abzudichten. Zu diesem Zweck kann der Grundkörper das gleiche Profil aufweisen, wie die Öffnung (insbesondere die Bohrung) in der Trennwand. Der Grundkörper kann z.B. ein kreisförmiges Profil aufweisen.The sealing plug includes an (electrically insulating) base body that is designed to seal an opening in a partition wall between the brush module of the electrical machine, in particular the current-excited synchronous electrical machine, and the power supply of the electrical machine. For this purpose, the base body can have the same profile as the opening (in particular the bore) in the partition. For example, the body may have a circular profile.

Der Grundkörper kann ein oder mehrere Lamellen zur Abdichtung der Öffnung in der Trennwand aufweisen. Dabei können die ein oder mehreren Lamellen jeweils die von der Bürstenseite bis zu der Versorgungsseite des Grundkörpers verlaufende Längsachse des Dichtungsstopfens umschließen. Die Versorgungsseite des Grundkörpers ist in dem eingebauten Zustand des Dichtungsstopfens der Stromversorgung zugewandt. Andererseits ist die (gegenüberliegende) Bürstenseite des Grundkörpers in dem eingebauten Zustand des Dichtungsstopfens dem Bürstenmodul zugewandt. Durch die Bereitstellung von ein oder mehreren Lamellen kann die Dichtwirkung des Grundkörpers weiter erhöht werden. Insbesondere können die ein oder mehreren Lamellen eine Länge in radialer Richtung bzgl. der Längsachse des Grundkörpers aufweisen, sodass durch die ein oder mehreren Lamellen ein Ausgleich von Toleranzen des Grundkörpers und/oder der Öffnung in der Trennwand bewirkt werden kann.The base body can have one or more lamellae for sealing the opening in the partition. The one or more lamellae can each enclose the longitudinal axis of the sealing plug running from the brush side to the supply side of the base body. The supply side of the base body faces the power supply when the sealing plug is installed. On the other hand, the (opposite) brush side of the base body faces the brush module when the sealing plug is installed. The sealing effect of the base body can be further increased by providing one or more lamellae. In particular, the one or more lamellae can have a length in the radial direction with respect to the longitudinal axis of the base body, so that the one or more lamellae can compensate for tolerances of the base body and/or the opening in the partition wall.

Das Dichtungselement umfasst ferner Leitungselemente (insbesondere genau zwei Leitungselemente) an der Versorgungsseite des Grundkörpers, die ausgebildet sind, elektrisch leitende Verbindungen mit entsprechenden Leitungselementen (insbesondere Leitungsschienen) der Stromversorgung zu bilden. Dabei kann ein erstes Leitungselement des Dichtungsstopfens mit einem ersten Leitungselement der Stromversorgung und ein zweites Leitungselement des Dichtungsstopfens mit einem zweiten Leitungselement der Stromversorgung verbunden werden bzw. verbunden sein.The sealing element also includes line elements (in particular precisely two line elements) on the supply side of the base body, which are designed to form electrically conductive connections with corresponding line elements (in particular line rails) of the power supply. A first line element of the sealing plug can be connected to a first line element of the power supply and a second line element of the sealing plug can be connected to a second line element of the power supply.

Die Leitungselemente des Dichtungsstopfens können jeweils als Leitungsschiene, insbesondere als Messingschiene, ausgebildet sein. Dabei kann eine Leitungsschiene des Dichtungsstopfens ein Loch, insbesondere ein (entlang der Längsachse gestrecktes) Langloch, aufweisen, das ausgebildet ist, eine Schraubverbindung mit einem entsprechenden Leitungselement der Stromversorgung zu bilden. So kann in besonders zuverlässiger Weise eine elektrische Anbindung des Dichtungsstopfens an die Stromversorgung ermöglicht werden.The line elements of the sealing plug can each be designed as a line rail, in particular as a brass rail. A line rail of the sealing plug can have a hole, in particular an elongated hole (stretched along the longitudinal axis), which is designed to form a screw connection with a corresponding line element of the power supply. So can in a particularly reliable way an electrical connection of the sealing plug to the power supply can be made possible.

Des Weiteren umfasst das Dichtungselement Leitungen (insbesondere zwei Leitungen) an der Bürstenseite des Grundkörpers, die elektrisch leitend mit den entsprechenden Leitungselementen des Dichtungsstopfens verbunden sind, und die ausgebildet sind, elektrisch leitende Verbindungen mit entsprechenden Kontaktelementen des Bürstenmoduls zu bilden. Dabei kann eine erste Leitung mit einem ersten Kontaktelement und eine zweite Leitung mit einem zweiten Kontaktelement des Bürstenmoduls verbunden werden bzw. verbunden sein, um beide elektrischen Potenziale in den Rotorstromkreis zu integrieren.Furthermore, the sealing element comprises lines (in particular two lines) on the brush side of the base body, which are electrically conductively connected to the corresponding line elements of the sealing plug and which are designed to form electrically conductive connections with corresponding contact elements of the brush module. In this case, a first line can be connected to a first contact element and a second line can be connected to a second contact element of the brush module in order to integrate both electrical potentials into the rotor circuit.

Die Leitungen des Dichtungsstopfens können jeweils eine Litze, insbesondere eine Litze mit einer Querschnittsfläche von 2,5 qmm oder mehr, umfassen. Alternativ oder ergänzend können die Leitungen des Dichtungsstopfens jeweils eine Kontaktscheibe mit einem Loch aufweisen, durch die jeweils eine Schraubverbindung mit dem entsprechenden Kontaktelement des Bürstenmoduls ermöglicht wird. So kann in besonders zuverlässiger Weise eine elektrische Anbindung des Dichtungsstopfens an das Bürstenelement ermöglicht werden.The lines of the sealing stopper can each comprise a strand, in particular a strand with a cross-sectional area of 2.5 square mm or more. Alternatively or additionally, the lines of the sealing plug can each have a contact disk with a hole, through which a screw connection with the corresponding contact element of the brush module is made possible. In this way, an electrical connection of the sealing stopper to the brush element can be made possible in a particularly reliable manner.

Der Grundkörper des Dichtungsstopfens kann ein Elastomer umfassen, insbesondere aus einem Elastomer bestehen. Alternativ oder ergänzend kann der Grundkörper auf die mit den Leitungen verbundenen Leitungselemente des Dichtungsstopfens aufgebracht, insbesondere aufgespritzt oder aufgegossen, worden sein. Alternativ oder ergänzend kann der Grundkörper die mit den Leitungen (elektrisch leitend) verbundenen Leitungselemente des Dichtungsstopfens radial umlaufend um die Längsachse des Dichtungsstopfens umschließen. So kann eine besonders zuverlässige und sichere elektrische Anbindung des Bürstenmoduls an die Stromversorgung ermöglicht werden.The base body of the sealing stopper can comprise an elastomer, in particular consist of an elastomer. Alternatively or in addition, the base body can be applied, in particular sprayed or cast, onto the line elements of the sealing plug that are connected to the lines. Alternatively or in addition, the base body can enclose the line elements of the sealing plug that are connected to the lines (electrically conductive) so as to run radially around the longitudinal axis of the sealing plug. A particularly reliable and safe electrical connection of the brush module to the power supply can thus be made possible.

Die Leitungselemente des Dichtungsstopfens können eine unterschiedliche Länge ausgehend von dem Grundkörper des Dichtungsstopfens aufweisen. Dabei können sich die Längen der Leitungselemente des Dichtungsstopfens um 20% oder mehr voneinander unterscheiden. So kann (insbesondere bei der Montage) eine besonders zuverlässige (fehlerfreie) elektrische Anbindung des Bürstenmoduls an die Stromversorgung ermöglicht werden. Insbesondere kann so ein Vertauschen der elektrischen Potenziale zuverlässig vermieden werden.The line elements of the sealing plug can have a different length, starting from the base body of the sealing plug. The lengths of the line elements of the sealing plug can differ from one another by 20% or more. A particularly reliable (error-free) electrical connection of the brush module to the power supply can thus be made possible (in particular during assembly). In particular, interchanging the electrical potentials can be reliably avoided in this way.

Die Leitungselemente des Dichtungsstopfens können ggf. auf einer Seite mittels einer (jeweils einer oder einer gemeinsamen) Stütze abgestützt sein. Die Stütze kann z.B. aus einem (isolierenden) Kunststoff gefertigt sein (ggf. aus dem gleichen Kunststoff wie der Grundkörper). Ein Leitungselement des Dichtungsstopfens kann eine Oberseite aufweisen, über die die elektrische Kontaktierung mit dem entsprechenden Leitungselement der Stromversorgung erfolgt. Ferner kann das Leitungselement des Dichtungsstopfens eine (gegenüberliegende) Unterseite aufweisen, an der die mechanische Stütze angeordnet ist, die ausgebildet ist, das Leitungselement des Dichtungsstopfens zu stützen. So kann die mechanische Stabilität der Anbindung an die Stromversorgung weiter erhöht werden.The conducting elements of the sealing plug can optionally be supported on one side by means of a (each one or a common) support. The support can, for example, be made of an (insulating) plastic (possibly made of the same plastic as the base body). A line element of the sealing plug can have an upper side via which electrical contact is made with the corresponding line element of the power supply. Furthermore, the conducting element of the sealing plug can have an (opposite) underside on which the mechanical support, which is designed to support the conducting element of the sealing plug, is arranged. In this way, the mechanical stability of the connection to the power supply can be further increased.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, beschrieben, die zumindest einen der in diesem Dokument beschriebenen Dichtungsstopfen umfasst. Die elektrische Maschine kann ein Bürstenmodul umfassen, das ausgebildet ist, über Schleifringe Strom zu Windungen des (stromerregten) Rotors der elektrischen Maschine zu leiten. Die elektrische Maschine kann ferner eine Stromversorgung (insbesondere einen Inverter) umfassen, die eingerichtet ist, Strom für die Windungen des Rotors der elektrischen Maschine bereitzustellen.According to a further aspect, an electrical machine, in particular a synchronous machine, is described which comprises at least one of the sealing plugs described in this document. The electrical machine can include a brush module that is designed to conduct current to windings of the (current-excited) rotor of the electrical machine via slip rings. The electric machine can also include a power supply (in particular an inverter) which is set up to provide current for the windings of the rotor of the electric machine.

Außerdem kann die elektrische Maschine ein Gehäuse mit einer Trennwand zwischen dem Bürstenmodul und der Stromversorgungen aufweisen. Das Gehäuse kann das Bürstenmodul und/oder die Stromversorgung umschließen. Die Trennwand kann ausgebildet sein, elektrisch leitfähigen Staub aus dem Bürstenmodul von der Stromversorgung abzuschirmen (sodass zuverlässig Kriechströme und/oder Kurzschlüsse aufgrund des Staubs vermieden werden können).In addition, the electric machine can have a housing with a partition wall between the brush module and the power supplies. The housing can enclose the brush module and/or the power supply. The partition can be designed to shield electrically conductive dust from the brush module from the power supply (so that leakage currents and/or short circuits due to the dust can be reliably avoided).

Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine zumindest einen der in diesem Dokument beschriebenen Dichtungsstopfen. Dabei kann der Dichtungsstopfen ausgebildet sein, eine Öffnung (insbesondere eine Bohrung) in der Trennwand staub- und/oder fluiddicht abzudichten. Ferner kann der Dichtungsstopfen ausgebildet sein, die Stromversorgung elektrisch leitend mit dem Bürstenmodul zu verbinden. So kann in effizienter, zuverlässiger und sicherer Weise eine elektrische Energieversorgung des Bürstenmoduls ermöglicht werden.Furthermore, the electrical machine includes at least one of the sealing plugs described in this document. The sealing plug can be designed to seal an opening (in particular a bore) in the partition wall in a dust-tight and/or fluid-tight manner. Furthermore, the sealing plug can be designed to electrically conductively connect the power supply to the brush module. In this way, the brush module can be supplied with electrical energy in an efficient, reliable and safe manner.

Die Trennwand des Gehäuses kann eine bestimmte Wandstärke aufweisen. Der Grundkörper des Dichtungsstopfens kann entlang der von der Bürstenseite zu der Versorgungsseite des Grundkörpers verlaufenden Längsachse eine Tiefe aufweisen, die gleich wie oder größer als die Wandstärke der Trennwand ist. So kann eine besonders zuverlässige Abdichtung der Öffnung in der Trennwand bewirkt werden.The partition wall of the housing can have a specific wall thickness. The base of the sealing plug may have a depth along the longitudinal axis running from the brush side to the supply side of the base that is equal to or greater than the wall thickness of the partition. In this way, a particularly reliable sealing of the opening in the partition wall can be effected.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs umfasst.According to a further aspect, a (road) motor vehicle (in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle) is described which comprises the electric machine described in this document for driving the vehicle.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können j egliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen, Verfahren und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.It should be noted that the devices, methods and systems described in this document can be used both alone and in combination with other devices, methods and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the devices, methods and systems described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in many different ways. Furthermore, features listed in brackets are to be understood as optional features.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1a eine beispielhafte elektrische Maschine;
1b ein beispielhaftes Statorblech (in einer Ansicht, bei der die Rotationsachse der elektrischen Maschine bzw. die Längsachse des Stators horizontal auf der Bildebene steht);
1c einen aus Statorblechen zusammengesetzten Stator (in einer Ansicht, bei der die Rotationsachse der elektrischen Maschine bzw. die Längsachse des Stators horizontal innerhalb der Bildebene verläuft);
1d eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotorkörpers;
2a eine beispielhafte elektrische Anbindung des Bürstenmoduls einer elektrischen Maschine an eine elektrische Stromversorgung;
2b einen beispielhaften Dichtungsstopfen; und
2c eine beispielhafte Kontaktscheibe zur elektrischen Kontaktierung des Dichtungsstopfens mit einem Kontaktelement des Bürstenmoduls.

The invention is described in more detail below using exemplary embodiments. show it

1a an exemplary electric machine;
1b an exemplary stator lamination (in a view in which the axis of rotation of the electrical machine or the longitudinal axis of the stator is horizontal on the image plane);
1c a stator composed of stator laminations (in a view in which the axis of rotation of the electrical machine or the longitudinal axis of the stator runs horizontally within the plane of the image);
1d a perspective view of an exemplary rotor body;
2a an exemplary electrical connection of the brush module of an electrical machine to an electrical power supply;
2 B an exemplary sealing plug; and
2c an exemplary contact disk for electrical contacting of the sealing plug with a contact element of the brush module.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten, zuverlässigen und sicheren elektrischen Anbindung des Bürstenmoduls des stromerregten Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, an die elektrische Energieversorgung der elektrischen Maschine. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 bzw. senkrecht auf die Längsachse des Stators 110 bzw. die Rotationsachse des Rotors 120 der elektrischen Maschine 100 (die entlang der z-Achse des dargestellten kartesischen Koordinatensystems verlaufen). Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die radial um die Rotationsachse des Rotors 120 angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen. Der Stator 110 ist von einem Gehäuse 135 der elektrischen Maschine 100 umgeben.As explained at the outset, the present document deals with the efficient, reliable and safe electrical connection of the brush module of the current-excited rotor of an electrical machine, in particular a synchronous machine, to the electrical energy supply of the electrical machine. In this context shows 1a an exemplary electrical machine 100 in a view perpendicular to the shaft 101 of the electrical machine 100 or perpendicular to the longitudinal axis of the stator 110 or the axis of rotation of the rotor 120 of the electrical machine 100 (which run along the z-axis of the Cartesian coordinate system shown) . The electrical machine 100 includes a stator 110 with a plurality of stator windings 111 which are arranged radially around the axis of rotation of the rotor 120 and which are set up to generate an electromagnetic rotating field. The stator 110 is surrounded by a housing 135 of the electrical machine 100 .

Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 den Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der von der elektrischen Maschine 100 angetriebenen Welle 101 verbunden (die mit der Rotorwelle des Rotors 120 verbunden sein kann oder die der Rotorwelle des Rotors 120 entspricht). Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122.Furthermore, the electrical machine 100 includes the rotor 120 which is driven by the rotating field caused by the stator 110 . The rotor 120 is rigidly connected to the shaft 101 driven by the electric machine 100 (which may be connected to the rotor shaft of the rotor 120 or which may correspond to the rotor shaft of the rotor 120). The rotor 120 includes a rotor body 122.

Der Rotor 120 einer elektrischen Maschine 100 kann als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) aufweisen. In entsprechender Weise kann auch der Stator 110 aus einzelnen (gegenseitig isolierten) Statorblechen 150 (z.B. Eisenbleche) zusammengesetzt sein (wie beispielhafte in den 1b und 1c dargestellt). Ein Statorblech 150 kann dabei die Form eines Rings aufweisen (der auch als Statorjoch bezeichnet wird), der an der der Mitte des Rings zugewandten Innenseite Stege 151 für entsprechende Statorwicklungen 111 des Stators 110 aufweist. Für jede Statorwicklung 111 kann jeweils ein Steg 151 bereitgestellt werden. Zwischen zwei direkt benachbarten Stegen 151 bzw. Statorwicklungen 111 ergibt sich typischerweise eine Statornut 113 als Freiraum.The rotor 120 of an electrical machine 100 can have an iron laminated core (eg composed of mutually insulated laminations) as the rotor body 122 . Correspondingly, the stator 110 can also be composed of individual (mutually insulated) stator laminations 150 (e.g. iron laminations) (such as examples in FIGS 1b and 1c shown). A stator lamination 150 can have the shape of a ring (which is also referred to as a stator yoke), which has webs 151 for corresponding stator windings 111 of the stator 110 on the inner side facing the center of the ring. A web 151 can be provided for each stator winding 111 . A stator slot 113 typically results as free space between two directly adjacent webs 151 or stator windings 111 .

Wie in 1c dargestellt, kann eine Vielzahl von Statorblechen 150 (z.B. 50 oder mehr, oder 100 oder mehr Statorbleche 150) entlang der Längsachse des Stators 110 übereinandergelegt werden, um den Stator 110 zu bilden. Um die einzelnen Stege 151 (bzw. um die dadurch gebildeten Polkerne) können dann die Statorwicklungen 111 angeordnet werden. Durch die aufeinander gelegten Statorbleche 150 wird mittig ein Freiraum 160 für den Rotor 120 gebildet.As in 1c As illustrated, a plurality of stator laminations 150 (eg, 50 or more, or 100 or more stator laminations 150) may be stacked along the longitudinal axis of the stator 110 to form the stator 110. FIG. The stator windings 111 can then be arranged around the individual webs 151 (or around the pole cores formed thereby). A free space 160 for the rotor 120 is formed in the middle by the stacked stator laminations 150 .

1d zeigt einen beispielhaften Rotorkörper 122 eines Rotors 120 in einer perspektivischen Ansicht. Der Rotorkörper 122 erstreckt sich entlang der Rotationsachse des Rotors 120 von einer ersten Stirnfläche bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche. Dabei weist der Rotorkörper 122 in dem dargestellten Beispiel unterschiedliche magnetische Schenkelpole 124 auf, die um die Rotationsachse des Rotors 120 herum angeordnet sind. Die Schenkelpole 124 können gleichmäßig um die Rotationsachse herum verteilt angeordnet sein. Um die einzelnen Schenkelpole 124 kann jeweils eine Spule angeordnet sein, durch die ein Magnetfeld erzeugt wird. Die einzelnen Schenkelpole 124 können somit magnetische Pole des Rotors 120 bilden. 1d shows an exemplary rotor body 122 of a rotor 120 in a perspective view. The rotor body 122 extends along the axis of rotation of the rotor 120 from a first face to an opposite second face. In this case, the rotor body 122 in the example shown has different magnetic salient poles 124 which are arranged around the axis of rotation of the rotor 120 . The salient poles 124 can rotate evenly around the distributed around the axis. A coil can be arranged around each of the individual salient poles 124, by means of which a magnetic field is generated. The individual salient poles 124 can thus form magnetic poles of the rotor 120 .

Der Rotorkörper 122 weist eine zentrale Öffnung 123, insbesondere eine Bohrung, auf, in die die Rotorwelle 101 des Rotors 120 eingeführt werden kann. Die Rotorwelle kann an den Stirnflächen des Rotorkörpers 122 über Lagerflächen drehbar gelagert werden, um eine Rotation des Rotors 120 zu ermöglichen. Die Stromleitungen zu den Spulen an den Schenkelpolen 124 des Rotorkörpers 122 können über zumindest eines der Lager der Rotorwelle 101 zu entsprechenden Schleifringen an einer Stirnfläche des Rotorkörpers 122 geführt werden.The rotor body 122 has a central opening 123, in particular a bore, into which the rotor shaft 101 of the rotor 120 can be inserted. The rotor shaft can be rotatably mounted on the end faces of the rotor body 122 via bearing surfaces in order to enable the rotor 120 to rotate. The power lines to the coils on the salient poles 124 of the rotor body 122 can be routed via at least one of the bearings of the rotor shaft 101 to corresponding slip rings on an end face of the rotor body 122 .

2a zeigt ein Bürstenmodul 210, das um die Schleifringe der Rotorwelle 101 herum an einer der Stirnflächen des Rotorkörpers 122 angeordnet ist. Das Bürstenmodul 210 umfasst ein oder mehrere elektrisch leitende Bürsten für jeden der Schleifringe der Rotorwelle 101, um elektrischen Strom von einer Strom- bzw. Energieversorgung 220, insbesondere von einem Inverter, zu den Windungen bzw. Spulen des Rotorkörpers 122 zu leiten. Das Bürstenmodul 200 weist typischerweise Kontaktelemente 211, 212 zur elektrischen Kontaktierung der Stromversorgung 220 auf. 2a FIG. 1 shows a brush module 210 which is arranged around the slip rings of the rotor shaft 101 on one of the end faces of the rotor body 122. FIG. The brush module 210 includes one or more electrically conductive brushes for each of the slip rings of the rotor shaft 101 to conduct electrical current from a power supply 220, particularly an inverter, to the windings or coils of the rotor body 122. The brush module 200 typically has contact elements 211, 212 for making electrical contact with the power supply 220.

Während des Betriebs des Bürstenmoduls 210 kann aufgrund der Abnutzung der Bürsten und/oder der Schleifringe ein elektrisch leitender Staub gebildet werden, der ggf. zu Kriechströmen an der Stromversorgung 220, insbesondere an Leitungselementen 221, 222 der Stromversorgung 220, führen könnte. Um die Stromversorgung 220 von dem Bürstenmodul 210, insbesondere von dem elektrisch leitenden Staub des Bürstenmoduls 210, abzuschirmen, kann zwischen dem Bürstenmodul 210 und der Stromversorgung 220 eine Trennwand des Gehäuses 135 der elektrischen Maschine 100 angeordnet sein. So können in zuverlässiger Weise Kriechströme an der Stromversorgung 220 vermieden werden.During operation of the brush module 210, due to the wear of the brushes and/or the slip rings, electrically conductive dust can form, which could lead to leakage currents on the power supply 220, in particular on line elements 221, 222 of the power supply 220. In order to shield the power supply 220 from the brush module 210, in particular from the electrically conductive dust of the brush module 210, a partition of the housing 135 of the electric machine 100 can be arranged between the brush module 210 and the power supply 220. In this way, leakage currents on the power supply 220 can be avoided in a reliable manner.

Die elektrische Anbindung des Bürstenmoduls 210 kann durch eine Öffnung 215 in der abschirmenden Trennwand des Gehäuses 135 geführt werden. Dabei kann die Öffnung 215 durch einen Dichtungsstopfen 200 abgedichtet werden, wobei durch den Dichtungsstopfen 200 elektrische Leitungen (insbesondere genau zwei elektrische Leitungen) verlaufen, die es ermöglichen, die Kontaktelemente 211, 212 des Bürstenmoduls 210 elektrisch leitend mit den Leitungselemente 221, 222 (insbesondere den Leitungsschienen) der Stromversorgung 220 zu verbinden.The electrical connection of the brush module 210 can be routed through an opening 215 in the shielding partition of the housing 135 . The opening 215 can be sealed by a sealing plug 200, with electrical lines (in particular precisely two electrical lines) running through the sealing plug 200, which enable the contact elements 211, 212 of the brush module 210 to be electrically conductively connected to the line elements 221, 222 (in particular the busbars) of the power supply 220 to connect.

2b zeigt einen beispielhaften Dichtungsstopfen 200, der einen Grundkörper 205 aufweist, der ausgebildet ist, in die Öffnung 215 der Trennwand eingebracht zu werden, und dabei die Öffnung 215 staubdicht abzudichten. Der Grundkörper 205 kann eine Tiefe 209 (senkrecht zu der Trennwand) aufweisen, die gleich wie oder größer als die Wandstärke der Trennwand ist. Ferner kann der Grundkörper 205 eine Außenkontur aufweisen, die der Innenkontur der Öffnung 215 entspricht. Insbesondere können die Außenkontur des Grundkörpers 205 und die Innenkontur der Öffnung 215 jeweils kreisförmig sein. So kann eine zuverlässige Abdichtung der Öffnung 215 durch den Grundkörper 205 des Dichtungsstopfens 200 bewirkt werden. 2 B 12 shows an exemplary sealing plug 200 having a body 205 configured to be inserted into the opening 215 of the bulkhead, thereby sealing the opening 215 in a dust-tight manner. The body 205 may have a depth 209 (perpendicular to the partition) that is equal to or greater than the wall thickness of the partition. Furthermore, the base body 205 can have an outer contour that corresponds to the inner contour of the opening 215 . In particular, the outer contour of the base body 205 and the inner contour of the opening 215 can each be circular. In this way, the opening 215 can be reliably sealed by the base body 205 of the sealing plug 200 .

Der Grundkörper 205 kann, wie in 2b dargestellt, ein oder mehrere (um die Längsachse des Grundkörpers 205 umlaufende) Lamellen 206 aufweisen. Durch die Bereitstellung einer Lamellendichtung kann die Dichtwirkung des Dichtungsstopfens 200 weiter verbessert werden.The base body 205 can, as in 2 B shown, one or more (around the longitudinal axis of the base body 205 circumferential) lamellae 206 have. The sealing effect of the sealing plug 200 can be further improved by providing a lamellar seal.

Der Grundkörper 205 kann ausgebildet sein, von der dem Bürstenmodul 210 zugewandten Seite in die Öffnung 215 der Gehäusewand des Gehäuses 135 eingebracht zu werden. Die dem Bürstenmodul 210 zugewandte Seite des Dichtungsstopfens 200 kann als die Bürstenseite bezeichnet werden. Die der Stromversorgung 220 zugewandte Seite des Dichtungsstopfens 200 kann als die Versorgungsseite bezeichnet werden.The base body 205 can be designed to be introduced into the opening 215 of the housing wall of the housing 135 from the side facing the brush module 210 . The side of the sealing plug 200 facing the brush module 210 may be referred to as the brush side. The side of the sealing plug 200 facing the power supply 220 may be referred to as the supply side.

Der Dichtungsstopfen 200 kann an der Bürstenseite Leitungen 207, 208 aufweisen, über die die Kontaktelemente 211, 212 des Bürstenmoduls 210 elektrisch leitend kontaktiert werden können. Die Leitungen 207, 208 können jeweils eine Litze aufweisen (z.B. mit einer Querschnittsfläche von 2 qmm, insbesondere von 2,5 qmm, oder mehr). Die Leitungen 207, 208 können direkt an den entsprechenden Kontaktelementen 211, 212 des Bürstenmoduls 210 fixiert sein. Alternativ kann an den Leitungen 207, 208 jeweils eine Kontaktplatte 230 mit einem Loch 231 angeordnet sein, die es ermöglicht, die entsprechenden Kontaktelemente 230, 211, 212 der Leitungen 207, 208 und des Bürstenmoduls 210 über eine Schraubverbindung elektrisch leitend miteinander zu verbinden.The sealing plug 200 can have lines 207, 208 on the brush side, via which the contact elements 211, 212 of the brush module 210 can be electrically conductively contacted. The lines 207, 208 can each have a strand (e.g. with a cross-sectional area of 2 mm2, in particular 2.5 mm2 or more). The lines 207, 208 can be fixed directly to the corresponding contact elements 211, 212 of the brush module 210. Alternatively, a contact plate 230 with a hole 231 can be arranged on the lines 207, 208, which makes it possible to electrically conductively connect the corresponding contact elements 230, 211, 212 of the lines 207, 208 and the brush module 210 to one another via a screw connection.

An der Versorgungsseite kann der Dichtungsstopfen 200 Leitungselemente 201, 202, insbesondere Leitungsschienen, aufweisen, die mit den entsprechenden Leitungselementen 221, 222 der Stromversorgung 220 elektrisch leitend verbunden werden können (z.B. über eine jeweilige Schraubverbindung). Eine Leitungsschiene 201, 202 kann jeweils ein Loch 204, insbesondere ein Langloch, aufweisen, in das eine Schraube zum Verschrauben mit dem entsprechenden Leitungselement 221, 222 der Stromversorgung 220 eingebracht werden kann. Die Verwendung eines Langlochs ermöglicht dabei einen Toleranzausgleich. On the supply side, the sealing plug 200 can have line elements 201, 202, in particular line rails, which can be electrically conductively connected to the corresponding line elements 221, 222 of the power supply 220 (eg via a respective screw connection). A line rail 201, 202 can each have a hole 204, in particular an elongated hole, into which a screw for screwing to the corresponding line element 221, 222 of the power supply 220 can be introduced. The use of an elongated hole enables tolerance compensation.

Die Leitungselemente 201, 202 können eine unterschiedliche Länge 203 aufweisen, durch die in zuverlässiger Weise (nach dem Poka Yoke Prinzip) eine fehlerhafte Zuordnung zu den Leitungselementen 221, 222 der Stromversorgung 220 vermieden werden kann.The line elements 201, 202 can have a different length 203, by means of which an incorrect association with the line elements 221, 222 of the power supply 220 can be avoided in a reliable manner (according to the poka-yoke principle).

Ferner können die Leitungselemente 201, 202 einen bestimmten Abstand 209 (z.B. von 3 mm, insbesondere von 3,8 mm, oder mehr) aufweisen, durch den eine ausreichend lange Luftstrecke zur Vermeidung eines Überschlags bereitgestellt wird.Furthermore, the line elements 201, 202 can have a certain distance 209 (e.g. of 3 mm, in particular of 3.8 mm or more), which provides a sufficiently long clearance to avoid a flashover.

Es wird somit ein Stopfen 200 mit Toleranzausgleichs-, Dicht- und Isolationsfunktion beschrieben. Der Stopfen 200, insbesondere der Grundkörper 205 des Stopfens 200, kann in einem Gussverfahren hergestellt werden. Dabei ist der Stopfen 200 bevorzugt gemäß der FKM-Richtlinie und/oder gemäß AEM ausgebildet (d.h. mit relativ guten Isolationseigenschaften). An den (versorgungseitigen) Leitungsschienen 201, 202 können (bürstenseitig) Leitungen 207, 208 (insbesondere ungeschirmte Litzen) elektrisch leitend befestigt sein (in einer Eins-zu-Eins Zuordnung). Eine Leitungsschiene 201, 202 kann als Messingschiene (z.B. mit einer Stärke von 2 mm) ausgebildet sein. Eine Leitungsschiene 201, 202 kann ein Langloch 204 zum Toleranzausgleich aufweisen, mit einer ausreichend großen Auflage für eine Flächenpressung (z.B. bei einem Anzugsmoment von 4.5 Nm). Die Leitungsschienen 201, 202 können jeweils Rippen aufweisen, die eine ausreichende Höhe aufweisen, um Fehler zur Bohrung 204 bei der Verschraubung mit den entsprechenden Leitungen 221, 222 der Stromversorgung 220 auszugleichen (z.B. bei der Verwendung von M5 Schrauben).A plug 200 with a tolerance compensation, sealing and insulating function is thus described. The stopper 200, in particular the base body 205 of the stopper 200, can be produced in a casting process. The plug 200 is preferably designed according to the FKM guideline and/or according to AEM (i.e. with relatively good insulating properties). Lines 207, 208 (in particular unshielded stranded wires) can be fastened in an electrically conductive manner (in a one-to-one assignment) to the (supply-side) line rails 201, 202 (on the brush side). A line bar 201, 202 can be formed as a brass bar (e.g. with a thickness of 2 mm). A line rail 201, 202 can have a slot 204 for tolerance compensation, with a sufficiently large support for a surface pressure (e.g. with a tightening torque of 4.5 Nm). The line rails 201, 202 can each have ribs that have a sufficient height to compensate for errors in the bore 204 when screwing to the corresponding lines 221, 222 of the power supply 220 (e.g. when using M5 screws).

Es wird somit ein Elastomerstopfen 200, insbesondere ein Grundkörper 205 für einen Stopfen 200, beschrieben, der z.B. auf zwei mit Kupferlitzen 207, 208 verschweißte Messingschienen 201, 202 gespritzt wird. Der beschriebene Stopfen 200 ermöglicht eine staubdichte, elektrisch leitfähige und toleranzausgleichende Verbindung (im Hochvolt-Bereich, z.B. für eine Spannung von 300V oder mehr) zwischen dem Bürstenmodul 210 und der Stromversorgung 220 einer Synchronmaschine 100.An elastomer stopper 200, in particular a base body 205 for a stopper 200, is thus described which is, for example, injection molded onto two brass rails 201, 202 welded with copper strands 207, 208. The plug 200 described enables a dust-tight, electrically conductive and tolerance-compensating connection (in the high-voltage range, e.g. for a voltage of 300V or more) between the brush module 210 and the power supply 220 of a synchronous machine 100.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen, Verfahren und Systeme veranschaulichen sollen.The present invention is not limited to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed devices, methods and systems by way of example.

Claims

Sealing plug (200) comprising, - a base body (205) which is designed to have an opening (215) in a partition wall between a brush module (210) of an electrical machine (100), in particular a current-excited electrical synchronous machine, and a power supply (220) of the electrical machine (100 ) to seal; - Line elements (201, 202) on a supply side of the base body (205), which are designed to form electrically conductive connections with corresponding line elements (221, 222) of the power supply (220); wherein the supply side of the base body (205) faces the power supply (220) in an installed state of the sealing plug (200); and - Lines (207, 208) on a brush side of the base body (205), which are electrically conductively connected to the corresponding line elements (201, 202) of the sealing plug (200) and which are designed to have electrically conductive connections with corresponding contact elements (211, 212) of the brush module (210); wherein the brush side of the base body (205) faces the brush module (210) when the sealing plug (200) is installed.

Sealing plug (200) according to claim 1 , wherein - the base body (205) has one or more lamellae (206) for sealing the opening (215) in the partition wall; and - the one or more lamellae (206) enclose in particular a longitudinal axis of the sealing plug (200) running from the brush side to the supply side of the base body (205).

Sealing plug (200) according to any one of the preceding claims, wherein - The base body (205) of the sealing plug (200) comprises an elastomer, in particular consists of an elastomer; and or - the base body (205) was applied, in particular sprayed or cast on, to the line elements (201, 202) of the sealing plug (200) connected to the lines (207, 208); and or - the base body (205), the line elements (201, 202) of the sealing plug (200) connected to the lines (207, 208) radially surrounding a longitudinal axis of the sealing plug (200) running from the brush side to the supply side of the base body (205) encloses.

Sealing plug (200) according to one of the preceding claims, wherein the line elements (201, 202) of the sealing plug (200) are each designed as a conductor rail, in particular as a brass rail.

Sealing plug (200) according to claim 4 wherein a line rail of the sealing plug (200) has a hole (204), in particular a slot, which is designed to form a screw connection with a corresponding line element (221, 222) of the power supply (220).

Sealing plug (200) according to any one of the preceding claims, wherein - The line elements (201, 202) of the sealing plug (200) have a different length (203) starting from the base body (205) of the sealing plug (200); and - The lengths (203) of the line elements (201, 202) of the sealing stopper (200) differ from one another, in particular by 20% or more.

Sealing plug (200) according to one of the preceding claims, wherein the lines (207, 208) of the sealing plug (200) each comprise a strand, in particular a strand with a cross-sectional area of 2.5 mm² or more.

Sealing plug (200) according to one of the preceding claims, wherein the lines (207, 208) of the sealing plug (200) each have a contact disc (230) with a hole (231) through which a screw connection can be made with the corresponding contact element (211, 212 ) of the brush module (210) is made possible.

Electrical machine (100), which includes - A brush module (210) which is designed to conduct current to windings of a rotor (120) of the electrical machine (100) via slip rings; - A power supply (220) which is set up to provide current for the windings of the rotor (120) of the electric machine (100); - A housing (135) with a partition between the brush module (210) and the power supplies (220); wherein the partition is configured to shield electrically conductive dust from the brush module (210) from the power supply (220); and - A sealing plug (200) according to any one of the preceding claims, which is designed to seal an opening (215) in the partition wall, and which is designed to electrically conductively connect the power supply (220) to the brush module (210).

Electrical machine (100) according to claim 9 , wherein - the partition wall has a specific wall thickness; and - the base body (205) of the sealing plug (200) has a depth (209) along a longitudinal axis running from the brush side to the supply side of the base body (205) which is equal to or greater than the wall thickness of the partition wall.