DE102021202249A1

DE102021202249A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102021202249A1
Application number: DE102021202249.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bielesch; Wojciech Stasch
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) mit einem drehbaren Rotor (4) und einem drehfesten Stator (3). Der Stator (3) weist einen hohlzylindrischen Statorkörper (7) und eine den Statorkörper (7) tragende Grundplatte (6) auf. Der Rotor (4) weist eine Welle (10) auf, die in dem Statorkörper (7) koaxial und drehbar aufgenommen ist. Die Maschine (1) weist einen Kondensatoreinsatz (14) mit einem hohlzylindrischen Kondensatorbereich (14a) auf, wobei die Welle (10) durch den Kondensatorbereich (14a) hindurchgeht. Eine Innenfläche (16) des Kondensatorbereichs (14a) und eine Außenfläche (17) der Welle (10) und ein dazwischen liegender Luftspalt (18) bilden dabei einen Zylinderkondensator (5).
Erfindungsgemäß ist der Kondensatoreinsatz (14) axial vollständig innerhalb des Statorkörpers (7) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem um eine Rotationsachse drehbaren Rotor und einem drehfesten Stator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Ansteuerung einer elektrischen Maschine - wie beispielweise eines bürstenlosen außenlaufenden Gleichstrommotors - werden spezifische Kommutierungssignale im höheren Frequenzbereich über 10 kHz verwendet. Diese hochfrequenten Kommutierungssignale verursachen elektromagnetische Störungen, die im Stator entstehen und oftmals über den Rotor an die Umgebung übertragen werden. Durch die genannten elektromagnetischen Störungen wird das EMV-Verhalten (EMV: Elektromagnetische Verträglichkeit) des Gleichstrommotors verschlechtert.
Aus DE 10 2013 212 319 A1 ist beispielweise bekannt, einen zusätzlichen Zylinderkondensator zum Ableiten von elektromagnetischen Störungen in den Motor einzubauen. Dabei wird außerhalb des Stators ein metallisches Rohrstück um die Welle des Rotors so angeordnet, dass ein Spalt zwischen einer Innenfläche des Rohrstücks und einer Außenfläche der Welle gebildet ist. Dieser Spalt stellt elektrische Isolierung dar, so dass die Innenfläche des Rohrstücks, die Außenfläche der Welle und der Spalt einen Zylinderkondensator zum Ableiten von elektromagnetischen Störungen bilden. Nachteiligerweise erfordert diese Lösung einen zusätzlichen Platzbedarf, der öfters nicht zur Verfügung steht. Möglich ist es auch, eine zusätzliche metallische Abschirmung um den Motor aufzubauen. Das erfordert jedoch auf gleiche Weise zusätzlichen Platzbedarf.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine elektrische Maschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine elektrische Maschine weist einen um eine Rotationsachse drehbaren Rotor und einen drehfesten Stator. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Motor. Bei dem Motor handelt es sich insbesondere um einen außenlaufenden Motor und/oder um einen Gleichstrommotor und/oder um einen bürstenlosen Motor. Der Stator weist dabei einen hohlzylindrischen und koaxial zur Rotationsachse ausgerichteten Statorkörper und eine den Statorkörper tragende und quer zur Rotationsachse ausgerichtete Grundplatte auf. Der Rotor weist eine um die Rotationsachse drehende Welle auf, wobei die Welle in dem Statorkörper zu diesem koaxial und drehbar aufgenommen ist. Die Maschine weist ferner einen Kondensatoreinsatz mit einem Kondensatorbereich auf, wobei der Kondensatorbereich hohlzylindrisch und koaxial zur Rotationsachse ausgerichtet ist. Die Welle des Rotors geht durch den Kondensatorbereich des Kondensatoreinsatzes hindurch, wobei zwischen einer innenliegenden Innenfläche des Kondensatorbereichs und einer außenliegenden Außenfläche der Welle ein Luftspalt gebildet ist. Die innenliegende Innenfläche des Kondensatorbereichs und die außenliegende Außenfläche der Welle und der dazwischen liegende Luftspalt bilden dabei einen Zylinderkondensator. Erfindungsgemäß ist der Kondensatoreinsatz axial vollständig innerhalb des Statorkörpers angeordnet.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beziehen sich die Begriffe „koaxial“ und „axial“ und „radial“ stets auf die Rotationsachse.
Die Innenfläche des Kondensatorbereichs des Kondensatoreinsatzes und die Außenfläche der Welle sind dabei einander zugewandt angeordnet. Der Luftspalt zwischen der Innenfläche und der Außenfläche ist hohlzylindrisch bzw. rohrförmig bzw. radial um die Rotationsachse umlaufend ausgebildet. Der Kondensatoreinsatz sowie die Welle sind zweckgemäß aus elektrisch leitenden Materialien - beispielweise aus Metall - geformt. Der Luftspalt bildet dann einen elektrischen Isolator bzw. einen Dielektrikum zwischen der Innenfläche des Kondensatorbereichs des elektrisch leitenden Kondensatoreinsatzes und der Außenfläche der elektrisch leitenden Welle. Durch den Luftspalt bleiben die Innenfläche und die Außenfläche elektrisch voneinander getrennt und berühren sich nicht.
Die in dem Stator auftretenden elektromagnetischen Störungen können über die Welle des Rotors zu dem Zylinderkondensator und weiter über das Massenpotenzial abgeleitet werden. Dabei liegt der Kondensatoreinsatz axial vollständig innerhalb des Statorkörpers, wodurch die axiale Höhe der Maschinen vorteilhafterweise minimiert ist. Zudem kann der Zylinderkondensator kostengünstig in die elektrische Maschine integriert werden. Ferner werden die Kühlung und der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine nicht beeinträchtigt.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Luftspalt zwischen der Innenfläche des Kondensatorbereiches und der Außenfläche der Welle 0,1 mm bis 2 mm dick ist. Diese Dicke des Luftspalts reicht bereits aus, um die Innenfläche des Kondensatorbereichs und die Außenfläche der Welle voneinander sicher elektrisch zu isolieren. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Innenfläche des Kondensatorbereichs und/oder die Außenfläche der Welle zumindest im Bereich des Zylinderkondensators eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen. Die elektrisch isolierende Beschichtung kann beispielweise Keramik sein. Dadurch kann eine sichere elektrische Isolation zwischen der Innenfläche des Kondensatorbereichs und der Außenfläche der Welle erreicht werden und die Dicke des Luftspalts kann auf ein zulässiges Minimum reduziert werden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Statorkörper mehrere Spulen und ein die mehreren Spulen tragendes Statorpaket aufweist. Der Kondensatorbereich des Kondensatoreinsatzes ist dabei elektrisch leitend mit dem Statorpaket und das Statorpaket ist elektrisch leitend mit der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte verbunden. Mit anderen Worten ist der Kondensatoreinsatz bzw. der Kondensatorbereich des Kondensatoreinsatzes bzw. die Innenfläche des Kondensatorbereichs geerdet. Vorteilhafterweise können dadurch die elektromagnetischen Störungen von dem Zylinderkondensator über das Statorpaket zu der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte abgeleitet werden.
Dabei kann der Kondensatoreinsatz in das Statorpaket beispielweise eingepresst sein und auf diese Weise mit dem Statorpaket mechanisch und elektrisch leitend verbunden sein. Das Statorpaket kann mit der Grundplatte mittels Schrauben verschraubt und dadurch mechanisch und elektrisch leitend verbunden sein. Es versteht sich, dass das Statorpaket, die Grundplatte und die Schrauben aus einem elektrisch leitenden Material - beispielsweise aus Metall - geformt sind. Es versteht sich auch, dass das Statorpaket, die Grundplatte und die Schrauben zwar elektrisch leitend sind, jedoch im Betrieb der elektrischen Maschinen nicht unter Strom stehen.
Vorteilhafterweise können der Kondensatoreinsatz und/oder elektrisch leitende Bestandteile des Stators, die zwischen dem Kondensatoreinsatz und der Grundplatte geschaltet und miteinander elektrisch leitend verbunden sind, einen elektrischen Widerstand und zusammen mit dem Zylinderkondensator ein RC-Glied bilden. Die elektrisch leitenden und miteinander elektrisch leitend verbundenen Bestandteile des Stators können beispielweise ein Statorpaket oder Schrauben sein. Der elektrische Widertand des RC-Glieds ist dabei von der Bauweise der Maschine und von den elektrischen Einzelwiderständen der genannten Bestandteile des Stators sowie des Kondensatoreinsatzes abhängig. Der elektrische Widerstand kann sich also aus den Einzelwiderständen des Kondensatoreinsatzes, des Statorpakets, der Schrauben sowie weiterer elektrisch leitenden Bestandteile des Stators zusammensetzen. Die Kapazität des RC-Glieds ist dabei durch die Eigenschaften des Zylinderkondensators bestimmt.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Statorpaket zur Aufnahme des Kondensatoreinsatzes eine angepasste Aussparung aufweist. Der Kondensatoreinsatz ist dann in das Statorpaket eingepresst. Durch die Aussparung in dem Statorpaket kann der Kondensatoreinsatz auf eine platzsparende Weise in dem Statorkörper untergebracht werden und die axiale Höhe der Maschine kann reduziert werden. Vorteilhafterweise kann der in das Statorpaket eingepresste Kondensatoreinsatz mit dem Statorpaket mechanisch und elektrisch leitend verbunden sein. Zudem kann das Statorpaket mit der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte über Schrauben elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ dazu kann der in das Statorpaket eingepresste Kondensatoreinsatz unmittelbar mit der auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte mechanisch und elektrisch verbunden sein. Bei beiden Ausführungen ist der Kondensatoreinsatz bzw. der Kondensatorbereich des Kondensatoreinsatzes bzw. die Innenfläche des Kondensatorbereichs geerdet, so dass die elektromagnetischen Störungen von dem Zylinderkondensator über zu der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte abgeleitet werden können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Maschine ist vorgesehen, dass die Maschine zwei Kugellager aufweist. Die beiden Kugellager sind dazu ausgelegt, die Welle drehbar zu lagern. Die beiden Kugellager sind dabei axial innerhalb des Statorkörpers und zueinander beabstandet angeordnet. Zudem ist der Kondensatorbereich des Kondensatoreinsatzes axial zwischen den beiden Kugellagern angeordnet. Es versteht sich dabei, dass die beiden Kugellager koaxial zu der Rotationsachse ausgerichtet sind. Der der Zylinderkondensator ist dabei axial vollständig innerhalb des Statorkörpers zwischen den beiden Kugellagern angeordnet. Dadurch kann die elektrische Maschine besonders platzsparend ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Kondensatoreinsatz einen hohlzylindrischen Lagerbereich aufweist. Der Lagerbereich ist dabei zu dem Kondensatorbereich unmittelbar benachbart ausgeformt. In dem Lagerbereich ist dann eines der beiden Kugellager aufgenommen bzw. angeordnet bzw. festgelegt. Der Kondensatorbereich und der Lagerbereich liegen unmittelbar benachbart aneinander und gehen integral ineinander über. Der Kondensatorbereich weist dabei zweckgemäß einen kleineren Durchmesser als ein Durchmesser des Lagerbereichs auf. Der Unterschied zwischen den Durchmesser kann dabei durch eine axiale Stufe in dem Kondensatoreinsatz kompensiert werden.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Kondensatoreinsatz einen ringförmigen und quer zur Rotationsachse ausgerichteten Befestigungsbereich aufweist. Der Kondensatoreinsatz ist dabei über den Befestigungsbereich mit dem Stator mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Weist der Kondensatoreinsatz auch den Lagerbereich auf, so ist der Lagerbereich zweckgemäß zwischen dem Kondensatorbereich und dem Befestigungsbereich ausgebildet. Der Kondensatorbereich, der Lagerbereich und der Befestigungsbereich gehen dabei integral ineinander über.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Befestigungsbereich des Kondensatoreinsatzes auf der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte aufliegt und mit der Grundplatte mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist. Dadurch ist die Anzahl elektrisch leitender und miteinander elektrisch leitend verbundener Bestandteile des Stators zwischen dem Kondensatorbereich des Kondensatoreinsatzes und der Grundplatte des Stators minimiert. Dadurch ist auch der elektrische Widerstand in dem oben erläuterten RC-Glied minimiert.
Der Befestigungsbereich des Kondensatoreinsatzes kann alternativ von der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte abgewandt auf dem Statorkörper aufliegen und mit dem Statorkörper mechanisch und elektrisch leitend verbunden sein. Dadurch ist die Anzahl elektrisch leitender und miteinander elektrisch leitend verbundener Bestandteile des Stators zwischen dem Kondensatorbereich des Kondensatoreinsatzes und der Grundplatte des Stators maximiert. Dadurch ist entsprechend auch der elektrische Widerstand in dem oben erläuterten RC-Glied maximiert.
Vorteilhafterweise kann der Kondensatoreinsatz aus einem metallischen Rohrstück gebildet sein. Vorteilhafterweise kann das metallische Rohrstück in das Statorpaket eingepresst und dadurch mit dem Statorpaket mechanisch und elektrisch leitend verbunden sein. Vorteilhafterweise kann das metallische Rohrstück zwischen den beiden Kugellagern in das Statorpaket eingepresst sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit einem Ersatzschaltbild für einen Zylinderkondensator;
2 eine Schnittansicht der Maschine in einer ersten Ausführungsform mit einem den Zylinderkondensator bildenden Kondensatoreinsatz;
3 eine Schnittansicht durch eine Welle der Maschine in der ersten Ausführungsform an dem Kondensatoreinsatz;
4 eine Ansicht des Kondensatoreinsatzes der Maschine in der ersten Ausführungsform;
5 ein Schaltbild zur Ableitung von elektromagnetischen Störungen für die Maschine in der ersten Ausführungsform;
6 eine Schnittansicht der Maschine in einer zweiten Ausführungsform mit dem abweichend ausgestalteten Kondensatoreinsatz;
7 ein Schaltbild zur Ableitung von elektromagnetischen Störungen für die Maschine in der zweiten Ausführungsform;
8 eine Schnittansicht durch eine Welle der Maschine in der zweiten Ausführungsform an dem Kondensatoreinsatz;
9 eine Explosionsansicht der Welle, des Kondensatoreinsatzes und beider Kugellager in der Maschine in der zweiten Ausführungsformt;
10 eine Schnittansicht der Maschine in einer dritten Ausführungsform mit dem abweichend ausgestalteten Kondensatoreinsatz;
11 ein Schaltbild zur Ableitung von elektromagnetischen Störungen für die Maschine in der dritten Ausführungsform;
12 eine Explosionsansicht der Welle, des Kondensatoreinsatzes und beider Kugellager in der Maschine in der dritten Ausführungsformt.

In 1 ist eine Ansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 1 - hier ein außenlaufender bürstenloser Gleichstrommotor 2 - gezeigt. Die Maschine 1 weist dabei einen drehfesten Stator 3 und einen um die Rotationsachse RA drehenden Rotor 4 auf, die miteinander elektromagnetisch wechselwirken. In der Maschine 1 ist zudem ein Zylinderkondensator 5 gebildet, der über elektrisch leitende aber stromunbelastete Bestandteile des Stators 3 mit einer auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte 6 des Stators 3 elektrisch leitend verbunden ist. Dadurch ist - wie mit Schaltbild angedeutet ist - ein RC-Glied in der Maschine 1 gebildet.
Bei Ansteuerung der Maschine 1 werden spezifische Kommutierungssignale im höheren Frequenzbereich über 10 kHz verwendet, die elektromagnetische Störungen verursachen. Die elektromagnetischen Störungen entstehen im Stator 3 und werden - wie mit Schaltbild angedeutet ist - über den Zylinderkondensator 5 zu der auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte 6 geleitet. Dadurch kann das EMV-Verhalten (EMV: Elektromagnetische Verträglichkeit) der Maschine 1 verbessert werden. Vorteilhafterweise ist dabei die axiale Höhe der Maschine 1 nicht vergrößert und die Maschine 1 ist platzsparend ausgebildet.
Die vorteilhaften Ausführungsformen der Maschine 1 mit den abweichend ausgestalteten Zylinderkondensatoren 5 werden im Folgenden anhand 2-12 näher erläutert.
2 zeigt eine Schnittansicht der Maschine 1 - hier der außenlaufende bürstenlose Gleichstrommotor 2 - in einer ersten Ausführungsform. In 3-5 sind weitere Einzelheiten der Maschine 1 in der ersten Ausführungsform gezeigt.
Bezugnehmend auf 2, weist der Stator 3 einen hohlzylindrischen Statorkörper 7 auf, der koaxial zur Rotationsachse RA des Rotors 4 ausgerichtet ist. Der Statorkörper 7 ist dabei durch ein laminiertes Statorpaket 8 und mehrere Spulen gebildet. Das elektrisch leitende Statorpaket 8 ist mit der elektrisch leitenden und auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte 6 des Stators 3 über mehrere - hier drei - elektrisch leitende Schrauben 9 verschraubt. Dadurch ist das Statorpaket 8 mit der Grundplatte 6 mechanisch und elektrisch leitend verbunden.
Der Rotor 4 weist dabei eine um die Rotationsachse RA drehende Welle 10 und eine Rotorglocke 11 mit Magneten 12 auf, die miteinander festverbunden sind. Insbesondere kann die Welle 10 in die Rotorglocke 11 eingepresst oder mit der Rotorglocke 11 verschweißt sein. Die Welle 10 ist dabei aus einem elektrisch leitenden Material - beispielweise aus Metall - geformt. Zudem ist die Welle 10 koaxial in dem Statorkörper 7 aufgenommen und die Rotorglocke 11 umfasst den Statorkörper 7 von außen zu der Grundplatte 6 des Stators 3 hin. Ist die Maschine 1 eingeschaltet, so rotiert die Welle 10 innerhalb des Statorkörpers 7 und die Rotorglocke 11 umläuft den Statorkörper 7 von außen.
Innerhalb des Statorkörpers 7 sind zwei Kugellager 13a und 13b angeordnet, wobei das Kugellager 13a zu der Grundplatte 6 benachbart und das Kugellager 13b von der Grundplatte 6 abgewandt an der Welle 10 angeordnet ist. Die beiden Kugellager 13a und 13b sind dabei mit dem Statorpaket 8 mechanisch verbunden und lagern die Welle 10 drehbar innerhalb des Statorkörpers 7.
Zwischen den beiden Kugellagern 13a und 13b ist ein elektrisch leitendender Kondensatoreinsatz 14 mit einem hohlzylindrischen bzw. rohrförmigen Kondensatorbereich 14a in das Statorpaket 8 eingepresst. Der Kondensatoreinsatz 14 ist dadurch mechanisch und elektrisch leitend mit dem Statorpaket 8 verbunden. Die Welle 10 geht durch den Kondensatoreinsatz 14 hindurch, wobei die Welle 10 und der Kondensatorbereich 14a des Kondensatoreinsatzes 14 koaxial zueinander ausgerichtet sind. Der Kondensatoreinsatz 14 ist hier durch ein metallisches Rohrstück 15 gebildet, wie in 4 gezeigt ist.
Der Kondensatoreinsatz 14 und die Welle 10 bilden zusammen den Zylinderkondensator 5, wie im Folgenden anhand 3 näher erläutert wird. Der Zylinderkondensator 5 ist dabei zwischen den beiden Kugellagern 13a und 13b angeordnet, so dass durch den Kondensatoreinsatz 14 bzw. den Zylinderkondensator 5 die axiale Höhe der Maschine 1 nicht erhöht ist. Dadurch ist die Maschine 1 besonders platzsparend ausgebildet.
3 zeigt eine Schnittansicht durch die Welle 10 der Maschine 1 in der ersten Ausführungsform an dem Kondensatoreinsatz 14. Wie in 3 erkennbar, ist zwischen einer innenliegenden Innenfläche 16 des Kondensatorbereichs 14a des Kondensatoreinsatzes 14 und einer außenliegenden Außenfläche 17 der Welle 10 ein Luftspalt 18 gebildet. Die Innenfläche 16 des Kondensatorbereichs 14a und die Außenfläche 17 der Welle 10 und der Luftspalt 18 bilden dabei den Zylinderkondensator 5 in der Maschine 1.
Der Luftspalt 18 zwischen der Innenfläche 16 des Kondensatorbereiches 14a und der Außenfläche 17 der Welle 10 kann beispielweise zwischen 0,1 mm bis 2 mm betragen. Dadurch können die Innenfläche 16 und die Außenfläche 17 sicher voneinander elektrisch isoliert sein. Zusätzlich können die Innenfläche 16 und/oder die Außenfläche 17 eine elektrisch isolierende Beschichtung beispielweise aus Keramik aufweisen.
In 4 ist eine Ansicht des Kondensatoreinsatzes 14 der Maschine 1 in der ersten Ausführungsform gezeigt. Wie oben bereits erläutert, ist der Kondensatoreinsatz 14 in der ersten Ausführungsform der Maschine 1 durch das metallische Rohrstück 15 gebildet.
5 zeigt ein Schaltbild zur Ableitung von elektromagnetischen Störungen für die Maschine 1 in der ersten Ausführungsform. Die elektromagnetischen Störungen entstehen dabei im Stator 3 und werden zu der Welle 10 geleitet. Von der Welle 10 werden die elektromagnetischen Störungen über den Zylinderkondensator 5 zu der auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte 6 über das Statorpaket 8 und die - hier drei - Schrauben 9 abgeleitet. Der Zylinderkondensator 5 weist dabei eine Kapazität und das Statorpaket 8 und die - hier drei - Schrauben 9 jeweils einen elektrischen Widerstand auf, so dass insgesamt ein RC-Glied gebildet ist.
6 zeigt eine Schnittansicht der Maschine 1 - hier der außenlaufende bürstenlose Gleichstrommotor 2 - in einer zweiten Ausführungsform. In 7-8 sind weitere Einzelheiten der Maschine 1 in der zweiten Ausführungsform gezeigt.
Die Maschine 1 in der zweiten Ausführungsform weist den abweichen ausgestalteten Kondensatoreinsatz 14 auf. Die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform der Maschine werden im Folgenden erläutert. Im Übrigen ist die Maschine 1 in der zweiten Ausführungsform identisch zur Maschine 1 in der ersten Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 6, weist der Kondensatoreinsatz 14 bei der Maschine 1 in der zweiten Ausführungsform den Kondensatorbereich 14a, einen hohlzylindrischen Lagerbereich 14b und einen ringförmigen und quer zur Rotationsachse RA ausgerichteten Befestigungsbereich 14c auf. Der Kondensatorbereich 14a, der Lagerbereich 14b und der Befestigungsbereich 14c gehen dabei integral ineinander über. Der Kondensatoreinsatz 14 ist also einstückig bzw. einteilig ausgebildet und kann beispielweise durch Tiefziehen geformt sein. Der elektrisch leitende Kondensatoreinsatz 14 ist in das elektrisch leitende Statorpaket 8 eingepresst und dadurch mit diesem mechanisch und elektrisch leitend verbunden.
Der Lagerbereich 14b weist einen größeren Durchmesser als der Kondensatorbereich 14a auf und nimmt das Kugellager 13a auf. Der Lagerbereich 14b liegt dabei zwischen dem Kondensatorbereich 14a und dem Befestigungsbereich 14c. Der Befestigungsbereich 14c ist zwischen dem Statorpaket 8 und der Grundplatte 6 angeordnet. Der Befestigungsbereich 14c liegt dabei auf der Grundplatte 6 auf und ist mit dieser elektrisch leitend verbunden. Das Statorpaket 8 ist dabei durch den Befestigungsbereich 14c hindurch mittels der - hier drei - Schrauben 9 mit der Grundplatte 6 mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Dazu weist der Kondensatoreinsatz 14 - wie in 8 gezeigt ist - drei Öffnungen 19 auf. Für den Befestigungsbereich 14c kann in dem Statorpaket 8 eine Ausnehmung vorgesehen sein, um die axiale Höhe der Maschine 1 nicht unnötig zu erhöhen.
7 zeigt ein Schaltbild zur Ableitung von elektromagnetischen Störungen für die Maschine 1 in der zweiten Ausführungsform. Die elektromagnetischen Störungen entstehen dabei im Stator 3 und werden zu der Welle 10 geleitet. Danach werden die elektromagnetischen Störungen von der Welle 10 über den Zylinderkondensator 5 zu der auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte 6 über den Kondensatoreinsatz 14 abgeleitet. Der Zylinderkondensator 5 weist dabei eine Kapazität und der Kondensatoreinsatz 14 einen elektrischen Widerstand auf, so dass insgesamt ein RC-Glied gebildet ist.
In der Maschine 1 in der zweiten Ausführungsform ist der Kondensatoreinsatz 14 elektrisch leitend mit der auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte 6 verbunden. Dadurch kann bei der zweiten Ausführungsform der Maschine 1 der elektrische Widerstand im RC-Glied im Vergleich zu der ersten Ausführungsform der Maschine 1 reduziert werden.
8 zeigt eine Schnittansicht durch die Welle 10 der Maschine 1 in der zweiten Ausführungsform an dem Kondensatoreinsatz 14. Der Zylinderkondensator 5 ist dabei - wie bei der ersten Ausführungsform der Maschine 1 erläutert ist - zwischen dem Kondensatorbereich 14a und der Welle 10 gebildet.
9 zeigt eine Explosionsansicht der Welle 10, des Kondensatoreinsatzes 14 und der beiden Kugellager 13a und 13b in der Maschine 1 in der zweiten Ausführungsformt. Das Kugellager 13b ist von der Grundplatte 6 abgewandt und axial benachbart zu dem Kondensatorbereich 14a des Kondensatoreinsatzes 14 an der Welle 10 angeordnet. Das Kugellager 13a ist zu der Grundplatte 6 benachbart an der Welle 10 angeordnet und ist in dem Lagerbereich 14b des Kondensatoreinsatzes 14 aufgenommen.
10 zeigt eine Schnittansicht der Maschine 1 - hier der außenlaufende bürstenlose Gleichstrommotor 2 - in einer dritten Ausführungsform. In 11-12 sind weitere Einzelheiten der Maschine 1 in der dritten Ausführungsform gezeigt.
Bezugnehmend auf 10, ist der Kondensatoreinsatz 14 in der dritten Ausführungsform der Maschine 1 identisch wie in der zweiten Ausführungsform der Maschine 1 ausgebildet. Der elektrisch leitende Kondensatoreinsatz 14 ist auch hier in das Statorpaket 8 eingepresst und dadurch mit diesem mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Der Befestigungsbereich 14c ist jedoch von der Grundplatte 6 abgewandt angeordnet und in dem Lagerbereich 14b ist das Kugellager 13b aufgenommen. Der Befestigungsbereich 14c liegt von der Grundplatte 6 abgewandt und ist mittels der - hier drei - Schrauben 9 mit dem Statorpaket 8 und der Grundplatte 6 mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Für den Befestigungsbereich 14c kann in dem Statorpaket 8 eine Ausnehmung vorgesehen sein, um die axiale Höhe der Maschine 1 nicht unnötig zu erhöhen.
11 zeigt ein Schaltbild zur Ableitung von elektromagnetischen Störungen für die Maschine 1 in der dritten Ausführungsform. Die elektromagnetischen Störungen entstehen dabei im Stator 3 und werden zu der Welle 10 geleitet. Danach werden die elektromagnetischen Störungen von der Welle 10 über den Zylinderkondensator 5 zu der auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte 6 über den Kondensatoreinsatz 14, das Statorpaket 8 und die - hier drei - Schrauben 9 abgeleitet. Der Zylinderkondensator 5 weist dabei eine Kapazität und der Kondensatoreinsatz 14, die Schrauben 9 und das Statorpaket 8 jeweils einen elektrischen Widerstand auf, so dass insgesamt ein RC-Glied gebildet ist.
In der Maschine 1 in der dritten Ausführungsform ist der Kondensatoreinsatz 14 mit der auf dem Massenpotenzial liegenden Grundplatte 6 über die Schrauben 9 und das Statorpaket 8 elektrisch leitend verbunden. Dadurch ist bei der dritten Ausführungsform der Maschine 1 der elektrische Widerstand im RC-Glied im Vergleich zu der zweiten Ausführungsform der Maschine 1 vergrößert.
12 zeigt eine Explosionsansicht der Welle 10, des Kondensatoreinsatzes 14 und der Kugellager 13a und 13b in der Maschine 1 in der dritten Ausführungsformt. Das Kugellager 13b ist von der Grundplatte 6 abgewandt und ist in dem Lagerbereich 14b des Kondensatoreinsatzes 14 aufgenommen. Das Kugellager 13a ist zwischen der Grundplatte 6 und dem Kondensatorbereich 14a angeordnet. Der Zylinderkondensator 5 ist dabei - wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Maschine 1 erläutert ist - zwischen dem Kondensatorbereich 14a und der Welle 10 gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013212319 A1 [0003]

Claims

Elektrische Maschine (1) mit einem um eine Rotationsachse (RA) drehbaren Rotor (4) und einem drehfesten Stator (3), - wobei der Stator (3) einen hohlzylindrischen und koaxial zur Rotationsachse (RA) ausgerichteten Statorkörper (7) und eine den Statorkörper (7) tragende und quer zur Rotationsachse (RA) ausgerichtete Grundplatte (6) aufweist, - wobei der Rotor (4) eine um die Rotationsachse (RA) drehende Welle (10) aufweist und die Welle (10) in dem Statorkörper (7) koaxial und drehbar aufgenommen ist, - wobei die Maschine (1) einen Kondensatoreinsatz (14) mit einem hohlzylindrischen und koaxial zur Rotationsachse (RA) ausgerichteten Kondensatorbereich (14a) aufweist und die Welle (10) des Rotors (4) durch den Kondensatorbereich (14a) des Kondensatoreinsatzes (14) hindurchgeht, und - wobei eine innenliegende Innenfläche (16) des Kondensatorbereichs (14a) und eine außenliegende Außenfläche (17) der Welle (10) und ein dazwischen liegender Luftspalt (18) einen Zylinderkondensator (5) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatoreinsatz (14) axial vollständig innerhalb des Statorkörpers (7) angeordnet ist.
Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der Luftspalt (18) zwischen der Innenfläche (16) des Kondensatorbereiches (14a) und der Außenfläche (17) der Welle (10) 0,1 mm bis 2 mm dick ist, und/oder - dass die Innenfläche (16) des Kondensatorbereichs (14a) und/oder die Außenfläche (17) der Welle (10) zumindest im Bereich des Zylinderkondensators (5) eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen.
Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der Statorkörper (7) mehrere Spulen und ein die mehreren Spulen tragendes Statorpaket (8) aufweist, und - dass der Kondensatorbereich (14a) des Kondensatoreinsatzes (14) elektrisch leitend mit dem Statorpaket (8) und das Statorpaket (8) elektrisch leitend mit der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte (6) verbunden ist.
Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatoreinsatz (14) und/oder elektrisch leitende Bestandteile des Stators (3), die zwischen dem Kondensatoreinsatz (14) und der Grundplatte (6) geschaltet sind, einen elektrischen Widerstand und zusammen mit dem Zylinderkondensator (5) ein RC-Glied bilden.
Maschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, - dass das Statorpaket (8) zur Aufnahme des Kondensatoreinsatzes (14) eine angepasste Aussparung aufweist, und - dass der Kondensatoreinsatz (14) in das Statorpaket (8) eingepresst ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die Maschine (1) zwei Kugellager (13a, 13b) aufweist, wobei die beiden Kugellager (13a, 13b) axial innerhalb des Statorkörpers (7) und zueinander beabstandet angeordnet sind und die Welle (10) drehbar lagern, und - dass der Kondensatorbereich (14a) des Kondensatoreinsatzes (14) axial zwischen den beiden Kugellagern (13a, 13b) angeordnet ist.
Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, - dass der Kondensatoreinsatz (14) einen hohlzylindrischen Lagerbereich (14b) aufweist, wobei der Lagerbereich (14b) zu dem Kondensatorbereich (14a) unmittelbar benachbart ausgeformt ist, und - dass in dem Lagerbereich (14b) eines der beiden Kugellager (13a, 13b) aufgenommen ist.
Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, - dass der Kondensatoreinsatz (14) einen ringförmigen und quer zur Rotationsachse (RA) ausgerichteten Befestigungsbereich (14c) aufweist, und - dass der Kondensatoreinsatz (14) über den Befestigungsbereich (14c) mit dem Stator (3) mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, - dass der Befestigungsbereich (14c) des Kondensatoreinsatzes (14) auf der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte (6) aufliegt und mit der Grundplatte (6) mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist, so dass die Anzahl elektrisch leitender und miteinander elektrisch leitend verbundener Bestandteile des Stators (3) zwischen dem Kondensatorbereich (14a) des Kondensatoreinsatzes (14) und der Grundplatte (6) des Stators (3) und dadurch der elektrische Widerstand minimiert ist, oder - dass der Befestigungsbereich (14c) des Kondensatoreinsatzes (14) von der auf dem Massepotenzial liegenden Grundplatte (6) abgewandt auf dem Statorkörper (8) aufliegt und mit dem Statorkörper (8) mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist, so dass die Anzahl elektrisch leitender und miteinander elektrisch leitend verbundener Bestandteile des Stators (3) zwischen dem Kondensatorbereich (14a) des Kondensatoreinsatzes (14) und der Grundplatte (6) des Stators (3) und dadurch der elektrische Widerstand maximiert ist.
Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatoreinsatz (14) aus einem metallischen Rohrstück (15) gebildet ist.