DE10225790A1

DE10225790A1 - Slip ring assembly for electrical machine, has two or more conducting rings formed on insulating core containing separate conductors

Info

Publication number: DE10225790A1
Application number: DE2002125790
Authority: DE
Inventors: Sezgin Acar; Stefan Lober; Paul Harris
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-12-18

Abstract

The slip rings (11) may be formed with the insulating core (13) in one press operation. Each ring has a separate pressure connection to a separate conductor wire (19). The wires extend outward at their ends to engage the inside surfaces of the rings and extend longitudinally through one of the flat ends of the core. There may be an air gap preferably an insulating ring between individual slip rings.

Description

State of the art

Aus der DE 38 38 436 A1 ist eine Schleifringvorrichtung für elektrische Maschinen bekannt, bei der die Schleifringe an Stromschienen angeschweißt sind. Für üblicherweise aus einem kupferhaltigen Werkstoff gefertigte Schleifringe, beispielsweise aus einem Rohr oder einem Blech, ist dies ein geeignetes Verbindungsverfahren. Ist jedoch vorgesehen, für eine elektrische Maschine besonders lang haltbare Schleifringe vorzusehen, und wählt man dabei Schleifringe aus gesintertem Verbundwerkstoff, beispielsweise aus einer Mischung aus Kupfer und Graphit, so ist dieses Verbindungsverfahren nicht mehr anwendbar. Aus diesem Grund sind für derartige Schleifringe neue Kontaktierungsverfahren vorzusehen. DE 38 38 436 A1 describes a slip ring device for electrical machines known in which the slip rings are welded to busbars. For usually slip rings made of a copper-containing material, for example one Pipe or sheet metal, this is a suitable joining method. But it is provided, for an electrical machine particularly long-lasting slip rings and selecting slip rings made of sintered composite material, for example from a mixture of copper and graphite, this is Connection method no longer applicable. For this reason, are for such Slip rings to provide new contacting methods.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Schleifringvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass durch die gewählte Art der Kontaktierung zwischen einem Leiter und einem Schleifring auch Werkstoffe verwendet werden können, die den üblichen Verbindungsverfahren wie Schweißen und Löten nicht oder nur schwer zugänglich sind. The slip ring device according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the selected type of contact between a conductor and a slip ring can also be used materials that are usual Connection methods such as welding and soldering are not accessible or are difficult to access.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Schleifringvorrichtung nach dem Hauptanspruch möglich. Eine besonders einfache Möglichkeit besteht darin, dass der Schleifringhalter den zumindest einen Schleifring mittels einer Presspassung trägt und an seiner Position hält. The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments of the slip ring device according to the main claim possible. A A particularly simple possibility is that the slip ring holder at least carries a slip ring by means of a press fit and holds it in position.

Alternativ oder auch zusätzlich ist eine besonders gute Festigkeit zwischen Schleifringhalter und Schleifring zu erzielen, indem dieser mittels eines Klebstoffs am Schleifringhalter gehalten ist. Alternatively or additionally, there is a particularly good strength between To achieve slip ring holder and slip ring by using an adhesive on the Slip ring holder is held.

Eine weitere Möglichkeit, den Schleifring am Schleifringhalter zu befestigen, besteht darin, diesen mittels eines Formschlusses zu befestigen. Eine besonders günstige Art und Weise, einen Formschluss zwischen einem Schleifring und einem Schleifringhalter zu erzielen, besteht darin, beide Gegenstücke mit einem Gewinde zu versehen, sodass ein Schleifring auf das Gewinde des Schleifringhalters geschraubt werden kann. Darüber hinaus besteht zusätzlich mittels des Gewindes die Möglichkeit, eine Selbsthemmung zu erzielen, sodass ein Lösen nur noch unter extremen Bedingungen ermöglicht ist. Another option is to attach the slip ring to the slip ring holder in attaching it by means of a positive connection. A particularly cheap way and Way, a positive fit between a slip ring and a slip ring holder achieve, is to thread both counterparts so that a Slip ring can be screwed onto the thread of the slip ring holder. About that In addition, there is also the possibility of self-locking by means of the thread achieve, so that a release is only possible under extreme conditions.

Eine gute Isolierung zwischen zwei nebeneinander angeordneten Schleifringen wird dadurch erzielt, indem zwischen den beiden Schleifringen ein Isolierring angeordnet ist. Good insulation between two slip rings arranged next to each other is essential achieved by arranging an insulating ring between the two slip rings.

Einen definierten Abstand zwischen zwei axial nacheinander angeordneten Schleifringen kann man beispielsweise auch dadurch erreichen, indem die beiden Schleifringe auf unterschiedlich abgestuften Durchmessern des Schleifringhalters befestigt sind. A defined distance between two slip rings arranged axially one after the other can also be achieved, for example, by placing the two slip rings on different graded diameters of the slip ring holder are attached.

drawings

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schleifringvorrichtung dargestellt. Es zeigen Fig. 1a und 1b ein erstes Ausführungsbeispiel sowohl in einer Seiten- als auch in einer Schnittansicht, Fig. 1c zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Schnittansicht, Fig. 1d zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Schnittansicht, Fig. 2a und Fig. 2b ein viertes Ausführungsbeispiel ebenso in einer Seiten- als auch in einer Schnittansicht, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel, die Fig. 4a bis 4c ein weitere Ausführungsbeispiel in verschiedenen Ansichten. Exemplary embodiments of a slip ring device according to the invention are shown in the drawings. In the drawings Figs. 1a and 1b, a first embodiment in both a lateral and in a sectional view, Fig. 1c shows a second embodiment in a sectional view, Fig. 1d shows a third embodiment in a sectional view, Fig. 2a and Fig. 2b a fourth embodiment also in a side and a sectional view, Fig. 3 shows another embodiment, FIGS. 4a to 4c another embodiment in different views.

description

Die in Fig. 1a dargestellte Schleifringvorrichtung zur Stromversorgung elektrischer Maschinen hat einen Schleifringhalter 13, der zur Aufnahme von Schleifringen 10 dient. Der Schleifringhalter 13 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt und weist ein Ende auf, von dem aus der zumindest eine Schleifring 11 zur Montage auf den Schleifringhalter 13 geschoben wird. An seinem anderen Ende dient ein Bund 16 dazu, den zumindest einen Schleifring 11 in seiner Lage in eine Richtung zu definieren. Der Schleifringhalter 13 hat in seinem Inneren zumindest ein Leiterelement 19, im Ausführungsbeispiel sind es zwei, die mit dem zumindest einen Schleifring 11 zu kontaktieren sind. Wird nun der Schleifring 11 auf den Schleifringhalter 13 geschoben, so wird dabei ein Kontakt zum Leiterelement 19 hergestellt. Der Kontakt zwischen dem Leiterelement 19 und dem Schleifring 11 ist als Druckkontakt ausgebildet, da die Leiterelemente bzw. das Leiterelement 19 über den Umfang des Schleifringhalters 13 hinaus steht und dadurch von innen gegen den Schleifring drückt. Der Schleifring 11 wird dabei auf dem Schleifringhalter 13 mittels einer Presspassung getragen. Wird, wie in Fig. 1a dargestellt, der Schleifringhalter 13 mit zwei Schleifringen 11 versehen, so wird ein zweiter Schleifring 11 in die vorgesehene Position über das Leiterelement 19 an die korrekte Position geschoben. The slip ring device for the power supply of electrical machines shown in Fig. 1a has a slip ring holder 13 , which serves to receive slip rings 10 . The slip ring holder 13 is essentially cylindrical and has an end from which the at least one slip ring 11 is pushed onto the slip ring holder 13 for assembly. At its other end, a collar 16 serves to define the position of the at least one slip ring 11 in one direction. The slip ring holder 13 has at least one conductor element 19 in its interior, in the exemplary embodiment there are two that are to be contacted with the at least one slip ring 11 . If the slip ring 11 is now pushed onto the slip ring holder 13 , contact is made with the conductor element 19 . The contact between the conductor element 19 and the slip ring 11 is designed as a pressure contact, since the conductor elements or the conductor element 19 projects beyond the circumference of the slip ring holder 13 and thereby presses against the slip ring from the inside. The slip ring 11 is carried on the slip ring holder 13 by means of an interference fit. If, as shown in FIG. 1 a , the slip ring holder 13 is provided with two slip rings 11 , a second slip ring 11 is pushed into the intended position over the conductor element 19 to the correct position.

Die Leiterelemente 19 erstrecken sich in einer axialen Richtung und werden aus dem Schleifringhalter 13 stegartig herausgeführt. Die Leiterelemente 19 sind in Stegen 22 eingebettet. Diese Stege 22 sind üblicherweise in Nuten einer Rotorachse eingefügt, wobei an dieser Position üblicherweise ein Lager für einen Rotor positioniert ist. Die Stege 22 gehen in einen zylindrischen Abschnitt 25 über, der üblicherweise als Distanzstück zwischen einem bereits erwähnten Lager und einer Stirnfläche des Rotors dient. Dem zylindrischen Abschnitt 25 folgt ein Scheibenabschnitt 28, der mit seiner vom Abschnitt 25 abgewandten Seite üblicherweise am Rotor anliegt. Die Leiterelemente 19 treten aus dem zylindrischen Abschnitt 25 in radialer Richtung heraus und bilden dort Kontakte 31, an denen die beiden Enden einer Erregerspule elektrisch leitend befestigt werden. The conductor elements 19 extend in an axial direction and are led out of the slip ring holder 13 in a web-like manner. The conductor elements 19 are embedded in webs 22 . These webs 22 are usually inserted into grooves in a rotor axis, a bearing for a rotor usually being positioned at this position. The webs 22 merge into a cylindrical section 25 , which usually serves as a spacer between a bearing already mentioned and an end face of the rotor. The cylindrical section 25 is followed by a disk section 28 , which usually abuts the rotor with its side facing away from the section 25 . The conductor elements 19 emerge from the cylindrical section 25 in the radial direction and form contacts 31 there , to which the two ends of an excitation coil are fastened in an electrically conductive manner.

In Fig. 1b ist eine Schnittdarstellung durch den Schleifringhalter 13 gemäß der Schnittlinienangabe Ib-Ib aus Fig. 1a dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Leiterelemente 19 den Schleifringhalter 13 an seiner zylindrischen Außenseite durchdringen, um mit den Schleifringen 11 zu kontaktieren. Wie bereits in Fig. 1a zu sehen ist, durchdringen die beiden Leiterelemente 19 den Schleifringhalter 13 in der gleichen radialen Richtung. In Fig. 1b is a sectional view through the slip ring holder 13 is along the section line indication Ib-Ib of FIG. 1a. It can be clearly seen that the conductor elements 19 penetrate the slip ring holder 13 on its cylindrical outside in order to make contact with the slip rings 11 . As can already be seen in FIG. 1a, the two conductor elements 19 penetrate the slip ring holder 13 in the same radial direction.

In Fig. 1c ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, in der die Leiterelemente 19 an jeweils entgegengesetzter Position den Schleifringhalter 13 nach radial außen durchdringen, um die Schleifringe 11 zu kontaktieren. In Fig. 1c is an alternative embodiment is shown in which the conductor elements 19 penetrate at respectively opposite position the slip ring holder 13 radially outward to contact the slip rings 11.

In Fig. 1d ist eine weitere Variante dargestellt. Dabei wird zwischen den beiden Schleifringen 11 ein weiterer Bund 16 angeordnet, der wie schon für den ersten Schleifring 11 dazu dient, den zweiten Schleifring 11 in einer Richtung mittels des Bundes 16 in seiner Lage zu bestimmen. A further variant is shown in FIG. 1d. In this case, between the two slip rings 11, a further collar 16 is arranged, which serves as already for the first slip ring 11, to determine the second slip ring 11 in one direction by means of the collar 16 in position.

In Fig. 2a ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel dargestellt. In Abwandlung zum bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel verfügt der Schleifringhalter 13 an seinem Außenumfang über einen Formschluss 34, mit dem ein Schleifring 11 auf dem Schleifringhalter 13 gehalten ist. Die Schleifringe 11 verfügen jeweils über einen entsprechenden Gegenformschluss 37, der mit dem Formschluss 34 zusammenwirkt, um die Schleifringe 11 auf dem Schleifringhalter 13 zu halten. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a ist der Formschluss 34 ein Gewinde 40, sodass der entsprechende Gegenformschluss 37 im Schleifring 11 ein entsprechendes Gegengewinde 43 ist. Zur Montage der Schleifringe 11 werden diese mit ihrem Gegenformschluss 37 auf den Formschluss 34 gefügt, wobei nach dem ersten Schleifring 11 ein isolierender Isolierring 46 folgt, der die beiden beabstandeten Schleifringe 11 elektrisch trennt. Nach dem Isolierring 46 wird der zweite Schleifring 11 montiert. Sind Formschluss 34 und Gegenformschluss 37 als Gewinde 40 bzw. Gegengewinde 43 ausgeführt, so ist vorgesehen, dass ein im Betrieb auf die Schleifringe 11 wirkendes Reibmoment einer Lagesicherung der Schleifringe 11 auf dem Schleifringhalter 13 nicht entgegenwirkt. Die montierte Baugruppe ist in Fig. 2a dargestellt. A similar exemplary embodiment is shown in FIG. 2a. In a modification of the exemplary embodiment already described, the slip ring holder 13 has on its outer circumference a positive connection 34 with which a slip ring 11 is held on the slip ring holder 13 . The slip rings 11 each have a corresponding counter-positive locking 37 which interacts with the positive locking 34 in order to hold the slip rings 11 on the slip ring holder 13 . In the exemplary embodiment according to FIG. 2a, the form fit 34 is a thread 40 , so that the corresponding counter form fit 37 in the slip ring 11 is a corresponding counter thread 43 . To assemble the slip rings 11 , they are joined with their counter-positive fit 37 onto the positive fit 34 , an insulating insulating ring 46 following the first slip ring 11 , which electrically separates the two spaced-apart slip rings 11 . After the insulating ring 46 , the second slip ring 11 is mounted. If positive locking 34 and counter positive locking 37 are designed as threads 40 or counter threads 43 , then it is provided that a frictional torque acting on the slip rings 11 during operation does not counteract a securing of the position of the slip rings 11 on the slip ring holder 13 . The assembled assembly is shown in Fig. 2a.

In Fig. 3a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schleifringvorrichtung 10 dargestellt. In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a und Fig. 2b entfällt der Isolierring 46. Dies wird dadurch ermöglicht, dass durch andere Mittel eine Isolation zwischen den beiden Schleifringen 11 ermöglicht ist. Dazu ist vorgesehen, den Formschluss 34 bzw. Gegenformschluss 37 nicht auf einem gemeinsamen Durchmesser für beide Schleifringe 11 auszuführen, sondern auf abgestuften Durchmessern, sodass für den zweiten Schleifring 11 ebenfalls ein Bund 16 zur Verfügung steht, der eine axiale Lage des Schleifrings 11 zumindest in einer Richtung sichert. A further exemplary embodiment of a slip ring device 10 is shown in FIG. 3a. In a modification of the embodiment of FIG. 2a and FIG. 2b, the insulating ring 46 is omitted. This is made possible by the fact that insulation between the two slip rings 11 is made possible by other means. For this purpose, it is provided that the form fit 34 or counter form fit 37 is not carried out on a common diameter for both slip rings 11 , but rather on stepped diameters, so that a collar 16 is also available for the second slip ring 11 , which has an axial position of the slip ring 11 at least in one direction.

In Fig. 4a, 4b und 4c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch in diesem Fall wird ein Schleifring 11 mittels eines Formschlusses 34 bzw. Gegenformschlusses 37 auf dem Schleifringhalter 13 gehalten. Beispielhaft wird nur die Funktion des ersten Formschlusses 34 erwähnt, der dem äußeren Bund 16 benachbart ist, da der zweite Formschluss 34 die gleiche Funktion besitzt. Zunächst weist der Formschluss 34, siehe auch Fig. 4b, eine sich über den Umfang des Schleifringhalters 13 erstreckende Zahnkontur mit Zähnen 49 auf. Diese Zähne erstrecken sich in axialer Richtung und dienen dazu, ein Verdrehen des Schleifrings 11 auf dem Schleifringhalter 13 zu verhindern. Die in Fig. 4a dargestellte Kopffläche 52, die nach radial außen gerichtete Fläche eines Zahns 49, fällt zum äußeren Bund 16 leicht konisch ab, sodass mit einer entsprechenden Gegengeometrie des Schleifrings 11 eine axiale Sicherung des Schleifrings 11 mittels des Formschlusses in einer Art Schnappverbindung durch eine Hinterschneidung ermöglicht ist. An der vom äußeren Bund 16 abgewandten Seite weisen die Zähne 49 eine Pfeilung 55 auf, die in der Fertigung eine schnelle Montage des Schleifrings 11 auf den Formschluss 34 ermöglichen. Darüber hinaus ist in die Zähne 49 im Bereich der Pfeilung 55 eine weitere Konizität vorgesehen, die der Konizität der Kopffläche 52 entgegengerichtet ist. Die Konizität der Pfeilung 55 ermöglicht im Sinne einer Einführschräge ein leichtes Finden der korrekten Montageposition. Fig. 4b zeigt eine axiale Ansicht auf die beiden Formschlüsse 34, Fig. 4c zeigt eine entsprechende Gegenansicht eines Schleifrings 11. Der Schleifring 11 weist eine Gegenkonizität 59 zur schnellen Montage auf, darüber hinaus entsprechende Aussparungen 60, die den Zähnen 49 entsprechen. In Fig. 4a, 4b and 4c a further embodiment is illustrated. In this case, too, a slip ring 11 is held on the slip ring holder 13 by means of a positive lock 34 or counter positive lock 37 . As an example, only the function of the first form fit 34 , which is adjacent to the outer collar 16, is mentioned, since the second form fit 34 has the same function. First, the positive connection 34 , see also FIG. 4b, has a tooth contour with teeth 49 that extends over the circumference of the slip ring holder 13 . These teeth extend in the axial direction and serve to prevent the slip ring 11 from rotating on the slip ring holder 13 . The head surface 4a shown in FIG. 52, the radially outwardly directed surface of a tooth 49, falls to the outer collar 16 slightly tapered off so that with a corresponding mating geometry of the slip ring 11 an axial securing of the slip ring 11 by means of the form fit in a kind of snap connection by an undercut is possible. On the side facing away from the outer collar 16 , the teeth 49 have an arrow 55 , which enables a quick assembly of the slip ring 11 on the positive fit 34 during manufacture. In addition, a further conicity is provided in the teeth 49 in the region of the arrow 55 , which is opposite to the conicity of the head surface 52 . The taper of the arrow 55 makes it easy to find the correct mounting position in the sense of an insertion bevel. FIG. 4 b shows an axial view of the two positive connections 34 , FIG. 4 c shows a corresponding counter view of a slip ring 11 . The slip ring 11 has a counter taper 59 for quick assembly, furthermore corresponding cutouts 60 which correspond to the teeth 49 .

Im übrigen ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das zumindest eine Leiterelement 19 nicht über die zylindrische Oberfläche des Schleifringhalter 13 übersteht, sondern etwas abgesenkt ist. Der Schleifring 11 weist dann einen nach radial innen vorstehenden Absatz auf, der zur Kontaktierung auf das Leiterelement 19 drückt. For the rest, it is provided in a further exemplary embodiment that the at least one conductor element 19 does not protrude beyond the cylindrical surface of the slip ring holder 13 , but is somewhat lowered. The slip ring 11 then has a radially inwardly projecting shoulder which presses on the conductor element 19 for contacting.

Claims

1. Slip ring device for powering electrical machines, in particular three-phase generators, with at least one slip ring ( 11 ) held by a slip ring holder ( 13 ), characterized in that the at least one slip ring ( 11 ) contacts a conductor element ( 19 ) by means of pressure contact.

2. Slip ring device according to claim 1, characterized in that the slip ring holder ( 13 ) carries the slip ring ( 11 ) by means of an interference fit.

3. slip ring device according to claim 1 or 2, characterized in that the slip ring holder ( 13 ) holds the slip ring ( 11 ) by means of an adhesive.

4. Slip ring device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one slip ring ( 11 ) is held by means of a positive connection ( 34 ).

5. Slip ring device according to claim 4, characterized in that the at least one slip ring ( 11 ) is held by means of a thread ( 40 ).

6. Slip ring device according to one of the preceding claims, characterized in that the slip ring holder ( 13 ) has at least one further contact ( 31 ) on which a further slip ring ( 11 ) makes contact.

7. slip ring device according to claim 6, characterized in that an insulating ring ( 46 ) is arranged between the two slip rings ( 11 ).

8. slip ring device according to claim 6, characterized in that the two slip rings ( 11 ) are attached to different graded diameters of the slip ring holder ( 13 ).