EP4555607A1 - Rotor mit schleifringvorrichtung, verfahren zur herstellung eines rotors mit einer schleifrichtvorrichtung und elektrische maschine mit einem rotor - Google Patents

Rotor mit schleifringvorrichtung, verfahren zur herstellung eines rotors mit einer schleifrichtvorrichtung und elektrische maschine mit einem rotor

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Publication number
EP4555607A1
EP4555607A1 EP23741323.2A EP23741323A EP4555607A1 EP 4555607 A1 EP4555607 A1 EP 4555607A1 EP 23741323 A EP23741323 A EP 23741323A EP 4555607 A1 EP4555607 A1 EP 4555607A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slip ring
rotor
shaft
busbar
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23741323.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nils Krone
Tomislav MARINA
Nico Daun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4555607A1 publication Critical patent/EP4555607A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/003—Structural associations of slip-rings
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/08—Slip-rings
    • H01R39/12—Slip-rings using bearing or shaft surface as contact surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/14—Fastenings of commutators or slip-rings to shafts
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/95—Installation of current collectors, e.g. commutators, slip-rings or brushes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts

Definitions

  • Rotor with a slip ring device Method for producing a rotor with a grinding straightening device and electric machine with a rotor
  • the invention relates to a rotor for an electrical machine, wherein the rotor has a built rotor shaft with a hollow shaft carrier and a shaft stub arranged at the end, with a slip ring device being guided through a shaft section of the shaft stub.
  • the invention also relates to a method for producing the rotor according to the invention.
  • the subject of the invention is a separately excited electrical machine with the rotor according to the invention.
  • a rotor with a slip ring device is known, for example, from EP 2 816 711 B1, in which the slip ring device is plugged onto a rotor shaft from the outside.
  • a bearing is arranged on the slip ring device in an area of the encapsulated electrical conductors.
  • the problem here is that the bearing arrangement in the area of the slip ring arrangement does not provide a fluid-tight seal between the rotor and the sliding contacts seated on the slip rings. This is particularly disadvantageous if the rotor is cooled with oil, as it must be avoided that the oil from the rotor cooling gets between the sliding contacts and slip rings.
  • the invention in a first aspect, relates to a rotor for a separately excited electrical machine, having a built rotor shaft with a cylindrical hollow shaft body, at the respective axial end of which a shaft stub is arranged, the respective shaft stub having a flange section and a shaft section, the shaft section having a outer lateral surface, a slip ring device running through the shaft section, which has at least one annular first slip ring which projects beyond a distal end of the shaft section in the axial direction of the rotor, and a first busbar connected to the first slip ring and running through the shaft section, wherein a End of the first busbar is guided through a first busbar opening formed in the flange section, and is thus led out of an interior of the hollow shaft body.
  • a rotor is provided for a separately excited electrical machine.
  • the electric machine is preferably set up and/or designed to be arranged in a motor vehicle.
  • the electric machine is preferably located in a drive train of the motor vehicle in order to be able to drive the motor vehicle at least partially electrically.
  • the shaft section is preferably set up and/or designed to form the rotor to be stored via at least one bearing device in such a way that it can be rotated about a rotor axis of the rotor.
  • the shaft section has an outer lateral surface.
  • the outer lateral surface is preferably continuous, i.e. uninterrupted, in the circumferential direction of the rotor or shaft section.
  • the rotor comprises a slip ring device which runs through the shaft section or through an interior of the shaft section.
  • the slip ring device comprises at least one annular first slip ring which projects beyond a distal end of the shaft section in the axial direction of the rotor.
  • This section of the slip ring device, which projects beyond the distal end of the shaft section can also be referred to as a current supply section.
  • the distal end of the shaft section is formed on a side of the shaft section facing away from the hollow shaft body.
  • a first busbar running through the shaft section is electrically connected to the first slip ring.
  • a distal end of the first busbar is guided through a first busbar opening formed in the flange section.
  • the distal end of the first busbar is thus led out from an interior of the hollow shaft body. Consequently, the end of the first busbar can be electrically connected to a rotor winding of the externally excited rotor.
  • the first slip ring and/or the first busbar are each made of an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material preferably has copper and/or is made of copper.
  • the electrically conductive material is a copper alloy, which particularly advantageously contains at least some bronze.
  • the shaft section can have a lateral surface which is continuous in the circumferential direction of the rotor and on which a bearing device can be arranged for rotatably supporting the rotor.
  • a fluid-tight or coolant-tight seal between the bearing device and the bearing seat can therefore be easily achieved in this area of the shaft section, so that it can be avoided that a coolant, in particular an oil, of the rotor gets into the area of the first slip ring.
  • the slip ring device can be arranged in the rotor easily and inexpensively due to the internal slip ring device in the shaft section.
  • the flange section, the shaft section and/or the hollow shaft body are made of the same material. It is therefore conceivable that the flange section and the shaft section are made of the same material, with the hollow shaft body having a different material from the shaft section. However, it is also conceivable that the shaft section and the hollow shaft body are made of the same material, with the flange section having a different material. However, it is preferably provided that both the flange section, the shaft section and the hollow shaft body are made of the same material. This has the advantage that the three components can be connected to one another in a simple manner, provided that they are not at least partially formed in one piece with one another. Furthermore, the risk of contact corrosion in the three components can be reduced if they are preferably made of the same metallic material.
  • the shaft section and the shaft flange are formed in one piece.
  • the one-piece design means that the shaft section and the shaft flange are manufactured in one manufacturing process and are connected to one another. This can be done, for example, by an additive process, a casting process and/or a milling process.
  • the flange section, the shaft section and/or the hollow shaft body are made of a metal and/or have a metallic material.
  • one of the shaft stubs is formed in one piece with the hollow shaft body at an axial end of the hollow shaft body. Accordingly, it can be provided that the shaft stub is formed in one piece with the hollow shaft body.
  • the hollow shaft body has an opening at a distal end, while at another distal end of the hollow shaft body the shaft stub is formed directly, i.e. directly, with the hollow shaft body in a manufacturing process.
  • This has the advantage that the number of components can be reduced. In turn, this can have an advantageous effect on the manufacturing process, whereby manufacturing costs can be reduced.
  • the shaft stub is connected to the hollow shaft body in a material-locking, form-fitting and/or non-positive manner.
  • the cohesive connection can preferably be an adhesive connection and/or a welded connection.
  • the positive connection can preferably be a connection in which the flange of the shaft stub engages with the hollow shaft body at at least one point. This can preferably be a guide structure that includes a tongue and groove connection.
  • the non-positive connection can preferably be a screw or rivet connection. It can preferably be provided that the flange is screwed onto the hollow shaft body.
  • the slip ring device has an annular second slip ring that is different from the first slip ring and spaced apart from the first slip ring in the axial direction of the rotor, and a second busbar connected to the second slip ring and running through the shaft section, one end the second busbar is guided through a second busbar opening formed in the flange section, and is thus led out of the interior of the hollow shaft body.
  • the slip ring device has two spaced-apart and separate ones has electrically conductive slip rings, each slip ring being connected to at least one electrically conductive busbar.
  • the first slip ring has the at least first busbar and the second slip ring has at least the second busbar.
  • Both the end of the first busbar and the end of the second busbar are each guided through a corresponding busbar opening in the flange section of the shaft stub.
  • the respective end of the busbars is set up and designed to be electrically conductively connected to the rotor winding of the rotor.
  • an outer diameter of the annular first slip ring is equal to an outer diameter of the annular second slip ring.
  • This has the advantage that the sliding contacts or carbon brushes acting on the first slip ring and the second slip ring can be arranged at the same height.
  • the disadvantage is that arranging the two slip rings next to each other and guiding the two busbars in the slipring device, especially when producing the slipring device, is somewhat more complex, since the first busbar and the second busbar are not at the same height, based on the radial direction the busbars can be guided.
  • an outer diameter of the annular first slip ring is smaller than an inner diameter of the annular second slip ring.
  • the first slip ring can be guided through the second slip ring and the first busbar and the second busbar run at least in sections parallel and/or offset from one another in the circumferential direction.
  • the slip rings can therefore be arranged in a simple manner. This applies in particular to an overmolding process.
  • first slip ring and/or the second slip ring are arranged in an electrically insulating slip ring carrier. It goes without saying that at least an external one The lateral surface of the first slip ring and the second slip ring are exposed so that they can come into electrically conductive contact with the sliding contacts, which can also be referred to as carbon brushes. It is envisaged that not only the slip rings, but also the first busbar and/or the second busbar are arranged in the slip ring carrier. It is preferably provided that these, with the exception of the respective distal end section, are completely surrounded by or embedded in the insulating slip ring carrier. The slip ring device can therefore be easily prefabricated and inserted into the shaft section. The possible prefabrication allows manufacturing costs to be reduced.
  • the slip ring carrier is sealed in a media-tight manner in the area of the respective busbar opening. This can prevent coolant from penetrating into the interior of the hollow shaft body via the busbar opening. Likewise, when cooling the hollow shaft body from the inside, a seal can preferably be achieved so that the cooling medium does not penetrate to the outside via the busbar openings.
  • the slip ring device can be arranged in the shaft section in such a way that it is connected to the shaft section in a rotationally fixed manner.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the slip ring device is arranged in the shaft section in a form-fitting, cohesive and/or non-positive manner.
  • the form-fitting arrangement can provide that the shaft section has a projection on a side directed inwards in the radial direction and the slip ring device has a recess corresponding to the projection on an outer side directed in the radial direction outwards, so that the projection is in the axial direction when the slip ring device is inserted
  • the cohesive connection is preferably an adhesive connection.
  • the non-positive connection can preferably be a screw and/or rivet connection.
  • a bearing seat is formed on an outer surface of the shaft section. In the area of the bearing seat, the outer surface of the shaft section is completely closed in the circumferential direction. In addition, based on the radial direction of the shaft section, a step is formed in the area of the bearing seat, which serves as a stop for the bearing seat in the axial direction of the rotor. It is particularly advantageously provided that a bearing device is arranged on the bearing seat, so that the rotor is rotatably mounted. The design of the bearing seat and the arrangement of the bearing device can prevent a coolant of the rotor, in particular an oil, from flowing in the direction of the slip rings in the area of the bearing seat and coming into contact with them.
  • the invention in a second aspect, relates to a method for producing the rotor according to the invention, wherein the slip ring device is inserted with the annular first slip ring first into the shaft section via a flange side of the shaft stub, so that the first slip ring is guided beyond the distal end of the shaft section, and the end of the first busbar is guided through the first busbar opening of the flange section.
  • the end of the first busbar is consequently formed on a side of the busbar facing away from the slip ring.
  • the end of the first busbar is deflected in such a way that it is directed in the direction of the first slip ring or is aligned parallel to the longitudinal direction of the first slip ring.
  • the slip ring device can preferably be inserted into the shaft section co-axially to the shaft section via a translational movement, with the first slip ring projecting beyond the distal end of the shaft section and the end of the first busbar being guided through the busbar opening in the flange section.
  • the slip ring device can therefore be arranged in the rotor in a simple and inexpensive manner.
  • a bearing device for rotatably supporting the rotor can be arranged on the shaft section.
  • the shaft section or an outer lateral surface can be formed continuously in the area of the bearing device so that it can be prevented that in the area of the rotor bearing the coolant of the rotor reaches the first slip ring.
  • the shaft stub and the hollow shaft body are connected to one another in a material-locking, form-fitting and/or non-positive manner after the slip ring device has been arranged in the shaft stub.
  • the cohesive connection is preferably an adhesive connection or a welded connection.
  • the form-fitting connection is preferably a tongue-and-groove connection.
  • the non-positive connection is preferably a screw and/or rivet connection.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the slip ring device is arranged in the shaft section in a cohesive, non-positive and/or positive manner.
  • the form-fitting arrangement can provide that the shaft section has a projection on a side directed inwards in the radial direction and the slip ring device has a recess corresponding to the projection on an outer side directed in the radial direction outwards, so that the projection is in the axial direction when the slip ring device is inserted
  • the cohesive connection is preferably an adhesive connection.
  • the non-positive connection can preferably be a screw and/or rivet connection.
  • the slip ring device comprising the first slip ring and the first busbar, is preferably arranged in the slip ring carrier by injection molding.
  • the first slip ring, the first busbar, the second slip ring and the second busbar are arranged in the slip ring carrier by overmolding.
  • a slip ring device is provided which can be prefabricated and easily arranged in the shaft stub. The manufacturing costs can thus be reduced.
  • the invention relates to a separately excited electrical machine with the rotor according to the invention.
  • the electric machine is preferably part of a traction drive in order to at least partially, preferably completely, drive a motor vehicle electrically.
  • FIG. 1 shows a detail of a three-dimensional view of a rotor in the area of a shaft stub with a slip ring device
  • Fig. 2 is an exploded view of the rotor
  • Fig. 3 is a sectional view through the shaft stub and the slip ring device.
  • the rotor RO has a built rotor shaft RW.
  • the built rotor shaft RW comprises a cylindrical hollow shaft body HWK, on which a rotor laminated core RBP is arranged in a rotationally fixed manner.
  • the shaft stub WS is arranged at the respective axial end of the hollow shaft body HWK.
  • the respective shaft stub WS includes a flange section FA and a shaft section WA.
  • the flange section FA is connected to the hollow shaft body HWK in a rotationally fixed manner.
  • the shaft section WA is set up and/or designed to support the rotor RO via at least one bearing device LER in such a way that it can be rotated about a rotor axis RA of the rotor RO.
  • the shaft section WA has an outer lateral surface AM.
  • the outer lateral surface AM is continuous in the circumferential direction of the rotor RO or the shaft section WA, i.e. uninterrupted or continuously annular.
  • the slip ring device SRV runs through the shaft section WA and comprises an annular first slip ring ESR and an annular second slip ring ZSR. Both the first slip ring ESR and the second slip ring ZSR protrude at least in sections beyond a distal end DE of the shaft section WA in relation to the axial direction of the rotor RO.
  • the distal end DE of the shaft section WA is formed on a side of the shaft section WA facing away from the hollow shaft body HWK.
  • a first busbar ESS running through the shaft section WA is electrically connected to the first slip ring ESR.
  • a second busbar ZSS is in electrically conductive contact with the second slip ring ZSR.
  • a distal end of the first busbar ESS is guided through a first busbar opening ESO formed in the flange section FA of the shaft stub WS.
  • a distal end of the second busbar ZSS is guided through a second busbar opening ZSO formed in the flange section FA of the shaft stub WS.
  • the distal end of the first busbar ESO and the distal end of the second busbar ZSS are led out from an interior of the hollow shaft body HWK. Consequently, the end of the first busbar ESS and the end of the second busbar ZSS can be electrically conductively connected to a rotor winding (not shown) of the externally excited rotor RO.
  • the first slip ring ESR, the second slip ring ZSR, the first busbar ESS and the second busbar ZSS are each made of an electrically conductive material.
  • the electrically conductive material preferably has copper and/or is made of copper. It is conceivable that the first busbar ESS and the first slip ring ESR and/or the second busbar ZSS are arranged in a materially bonded manner on the second slip ring ZSR.
  • the cohesive connection is preferably a soldered or welded connection. However, it is also conceivable that the first busbar ESS and the first slip ring ESR and/or the second busbar ZSS and the second slip ring ZSR are formed in one piece with one another.
  • the shaft section WA in the present exemplary embodiment has an outer lateral surface AM which is continuous in the circumferential direction of the rotor RO in the area of a bearing seat LS, on which a bearing device LER for rotatably supporting the rotor RO can be arranged.
  • a fluid-tight or coolant-tight seal can be made possible in a simple manner in the area of the bearing seat LS, so that it can be avoided that a coolant, in particular an oil, of the rotor RO gets into the area of the slip rings ESR, ZSR .
  • first slip ring ESR, the first busbar ESS, the second slip ring ZSR and the second busbar ZSS are arranged in a slip ring carrier SRT by overmolding.
  • first slip ring ESR and the first busbar ESS, the second slip ring ZSR and the second busbar ZSS are arranged in the slip ring carrier or held by it.
  • the first slip ring ESR and the second slip ring are galvanically separated from one another in the slip ring carrier SRT and arranged at a distance from one another in the axial direction of the rotor RO.
  • An outer lateral surface of the first slip ring ESR and an outer lateral surface of the second slip ring ZSR are exposed so that they can be connected to the sliding contacts or Carbon brushes (not shown) can come into electrically conductive contact.
  • a slip ring device SRV is provided, which can be prefabricated and easily arranged in the shaft stub WS. The manufacturing costs can thus be reduced.
  • an outer diameter of the annular first slip ring ESR is smaller than an inner diameter of the annular second slip ring ZSR.
  • the first slip ring ESR can be guided through the second slip ring ZSR and the first busbar ESS and the second busbar ZSS run at least in sections parallel and/or offset from one another in the circumferential direction.
  • the first slip ring ESR and the second slip ring ZSR can thus be arranged in a simple manner relative to one another before being encapsulated with a plastic material to form the slip ring carrier SRT.
  • FIG 3 shows a sectional view through the shaft stub WS and the slip ring device SRV.
  • the end of the second busbar ZSS is formed on a side of the second busbar ZSS facing away from the second slip ring ZSR, the end of the second busbar ZSS being deflected in such a way that it is directed in the direction of the second slip ring ZSR, or parallel to the longitudinal direction of the second Slip ring ZSR is aligned.
  • the first busbar ESS is designed in the same way.
  • the slip ring device SRV can preferably be inserted co-axially to the shaft section WA via a translational movement into the shaft section WA, with the first slip ring ESR and the second slip ring ZSR projecting beyond the distal end DE of the shaft section WA and the end of the first busbar ESS through the first busbar opening ESO in the flange section FA and the end of the second busbar ZSS are guided through the second busbar opening ZSO.
  • the slip ring device SRV can thus be arranged in the rotor RO in a simple and inexpensive manner.
  • the bearing device LER arranged on the shaft section WA for the rotatable mounting of the rotor RO can enable a fluid-tight seal to the shaft section WA, so that in this area a coolant, in particular an oil, from the area of the rotor RO does not reach the Slip rings ESR, ZSR.
  • the slip ring carrier SRT closes in a media-tight manner in the area of the first busbar opening ESO and/or in the area of the second busbar opening ZSO. This can prevent coolant from penetrating into the hollow shaft body HWK via the first busbar opening ESO and/or the second busbar opening ZSO.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (RO) für eine fremderregte elektrische Maschine, aufweisend eine gebaute Rotorwelle (RW) mit einem zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper (HWK), an dessen jeweiligem axialen Ende ein Wellenstummel (WS) angeordnet ist, wobei der jeweilige Wellenstummel (WS) einen Flanschabschnitt (FA) und einen Wellenabschnitt (WA) aufweist, der eine äußere Mantelfläche (AM) umfasst, eine durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende Schleifringvorrichtung (SRV), die wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring (ESR), der ein distales Ende (DE) des Wellenabschnitts (WA) in axialer Richtung des Rotors (RO) überragt, und eine mit dem ersten Schleifring (ESR) verbundene und durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende erste Stromschiene (ESS) aufweist, wobei ein Ende der ersten Stromschiene (ESS) durch eine in dem Flanschabschnitt (FA) ausgebildete erste Stromschienenöffnung (ESO) geführt ist, und somit aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers (HWK) herausgeführt ist.

Description

Beschreibung
Rotor mit Schleifringvorrichtung, Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit einer Schleifrichtvorrichtung und elektrische Maschine mit einem Rotor
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor eine gebaute Rotorwelle mit einem Hohlwellenträger und einem endseitig angeordneten Wellenstummel aufweist, wobei eine Schleifringvorrichtung durch einen Wellenabschnitt des Wellenstummels geführt ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors. Überdies ist Gegenstand der Erfindung eine fremderregte elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor.
Ein Rotor mit einer Schleifringvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 816 711 B1 bekannt, bei der die Schleifringvorrichtung von außen auf eine Rotorwelle aufgesteckt wird. Auf der Schleifringvorrichtung ist in einem Bereich der umspritzten elektrischen Leiter ein Lager angeordnet. Problemtisch hierbei ist, dass durch die Lageranordnung im Bereich der Schleifringanordnung keine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Rotor und den auf den Schleifringen aufsitzenden Schleifkontakten bereitgestellt wird. Dies ist besonders nachteilig bei einer Ölkühlung des Rotors, da zu vermeiden ist, dass das Öl der Rotorkühlung zwischen die Schleifkontakte und Schleifringe gelangt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine anzugeben, bei der der Schleifring in einfacher und preiswerter Weise anordbar ist und eine fluiddichte Trennung zwischen einem Aktivteil des Rotors und einem Bestromungsabschnitt des Rotors ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine, aufweisend eine gebaute Rotorwelle mit einem zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper, an dessen jeweiligem axialen Ende ein Wellenstummel angeordnet ist, wobei der jeweilige Wellenstummel einen Flanschabschnitt und einen Wellenabschnitt aufweist, wobei der Wellenabschnitt eine äußere Mantelfläche aufweist, eine durch den Wellenabschnitt verlaufende Schleifringvorrichtung, die wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring, der ein distales Ende des Wellenabschnitts in axialer Richtung des Rotors überragt, und eine mit dem ersten Schleifring verbundene und durch den Wellenabschnitt verlaufende erste Stromschiene aufweist, wobei ein Ende der ersten Stromschiene durch eine in dem Flanschabschnitt ausgebildete erste Stromschienenöffnung geführt ist, und somit aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers herausgeführt ist.
Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine bereitgestellt wird. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet in einem Kraftfahrzeug angeordnet zu werden. Vorzugsweise sitzt die elektrische Maschine in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, um das Kraftfahrzeug zumindest teilweise elektrisch antreiben zu können.
Der Rotor weist eine gebaute Rotorwelle auf. Die gebaute Rotorwelle umfasst einen zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper, auf dem für gewöhnlich ein Rotorblechpaket angeordnet ist. Das Rotorblechpaket nebst einer darauf angeordneten Rotorwicklung kann auch als Aktivteil des Rotors bezeichnet werden. An dem jeweiligen axialen Ende des Hohlwellenkörpers ist ein Wellenstummel angeordnet. Der jeweilige Wellenstummel umfasst einen Flanschabschnitt und einen Wellenabschnitt. Der Flanschabschnitt ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet eine Verbindung mit dem Hohlwellenkörper einzugehen. Der Wellenabschnitt ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet den Rotor über wenigstens eine Lagereinrichtung derart zu lagern, dass dieser um eine Rotorachse des Rotors rotierbar ist. Hierzu ist vorgesehen, dass der Wellenabschnitt eine äußere Mantelfläche aufweist. Die äußere Mantelfläche ist vorzugsweise in Umfangsrichtung des Rotors bzw. des Wellenabschnitts durchgehend, also unterbrechungsfrei, ausgebildet.
Des Weiteren umfasst der Rotor eine Schleifringvorrichtung, die durch den Wellenabschnitt, bzw. durch ein Inneres des Wellenabschnitts verläuft. Die Schleifringvorrichtung umfasst wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring, der ein distales Ende des Wellenabschnitts in axialer Richtung des Rotors überragt. Dieser, das distale Ende des Wellenabschnitts überragende Abschnitt der Schleifringvorrichtung, kann auch als Bestromungsabschnitt bezeichnet werden. Das distale Ende des Wellenabschnitts ist auf einer dem Hohlwellenkörper abgewandten Seite des Wellenabschnitts ausgebildet. Mit dem ersten Schleifring ist eine durch den Wellenabschnitt verlaufende erste Stromschiene elektrisch leitend verbunden. Ein distales Ende der ersten Stromschiene ist durch eine in dem Flanschabschnitt ausgebildete erste Stromschienenöffnung geführt. Somit wird das distale Ende der ersten Stromschiene aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers herausgeführt. Folglich kann das Ende der ersten Stromschiene mit einer Rotorwicklung des fremderregten Rotors elektrisch leitend verbunden werden. Der erste Schleifring und/oder die erste Stromschiene sind jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Material weist vorzugsweise Kupfer auf und/oder ist aus Kupfer ausgebildet. Insbesondere ist das elektrisch leitfähige Material eine Kupferlegierung, die besonders vorteilhaft zumindest teilweise Bronze aufweist.
Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung durch das Innere des Wellenabschnitts verläuft, kann der Wellenabschnitt eine in Umfangsrichtung des Rotors durchgehende Mantelfläche aufweisen, auf der eine Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors angeordnet werden kann. Somit kann in diesem Bereich des Wellenabschnitts in einfacher Weise eine fluiddichte bzw. kühlmitteldichte Abdichtung zwischen der Lagereinrichtung und dem Lagersitz ermöglicht werden, sodass vermieden werden kann, dass ein Kühlmittel, insbesondere ein Öl, des Rotors in den Bereich des ersten Schleifrings gelangt.
Zudem kann durch die innenliegende Schleifringvorrichtung im Wellenabschnitt die Schleifringvorrichtung einfach und preiswert in dem Rotor angeordnet werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Flanschabschnitt, der Wellenabschnitt und/oder der Hohlwellenkörper aus dem gleichen Material ausgebildet sind. Denkbar ist somit, dass der Flanschabschnitt und der Wellenabschnitt aus dem gleichen Material ausgebildet sind, wobei der Hohlwellenkörper ein von dem Wellenabschnitt verschiedenes Material aufweist. Denkbar ist aber auch, dass der Wellenabschnitt und der Hohlwellenkörper aus dem gleichen Material ausgebildet sind, wobei der Flanschabschnitt ein davon verschiedenes Material aufweist. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass sowohl der Flanschabschnitt, der Wellenabschnitt und der Hohlwellenkörper aus dem gleichen Material ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass die drei Komponenten in einfacher Weise miteinander verbunden werden können, sofern diese nicht zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildet sind. Überdies kann eine Gefahr der Kontaktkorrosion bei den drei Komponenten verringert werden, wenn diese vorzugsweise aus dem gleichen metallischen Material ausgebildet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Wellenabschnitt und der Wellenflansch einstückig ausgebildet sind. Die einstückige Ausbildung bedeutet, dass der Wellenabschnitt und der Wellenflansch in einem Herstellungsvorgang hergestellt werden und miteinander verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch ein additives Verfahren, ein Gussverfahren und/oder durch einen Fräsvorgang erfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flanschabschnitt, der Wellenabschnitt und/oder der Hohlwellenkörper aus einem Metall ausgebildet sind und/oder einen metallischen Werkstoff aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass der Rotor mit einem preiswerten Material die erforderliche strukturelle Steifigkeit für die geplante Lebensdauer des Rotors aufweisen kann. Auf diese Weise können die Herstellungskosten des Rotors reduziert werden. Gemäß einer vorteilhaft Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers einer der Wellenstummel einstückig mit dem Hohlwellenkörper ausgebildet ist. Demnach kann vorgesehen sein, dass mit dem Hohlwellenkörper direkt bereits der Wellenstummel einstückig ausgebildet ist. Anders ausgedrückt ist vorgesehen, dass der Hohlwellenkörper an einem distalen Ende eine Öffnung aufweist, während an einem anderen distalen Ende des Hohlwellenkörpers der Wellenstummel direkt, also unmittelbar, mit dem Hohlwellenkörper in einem Herstellungsvorgang ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann. Wiederum kann sich dies vorteilhaft auf den Herstellungsvorgang auswirken, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers der Wellenstummel stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Hohlwellenkörper verbunden ist. Die stoffschlüssige Verbindung kann vorzugweise eine Klebeverbindung und oder eine Schweißverbindung sein. Die formschlüssige Verbindung, kann vorzugsweise eine Verbindung sein, bei der der Flansch des Wellenstummel mit dem Hohlwellenkörper an wenigstens einer Stelle ineinandergreift. Dies kann vorzugsweise eine Führungsstruktur, die eine Nut-Feder-Verbindung umfasst, sein. Die kraftschlüssige Verbindung kann vorzugweise eine Schraub- und oder Nietverbindung sein. Hierbei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Flansch auf den Hohlwellenkörper aufgeschraubt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, dass die Schleifringvorrichtung einen von dem ersten Schleifring verschiedenen und zum ersten Schleifring in axialer Richtung des Rotors beabstandeten ringförmigen zweiten Schleifring, und eine mit dem zweiten Schleifring verbundene und durch den Wellenabschnitt verlaufende zweite Stromschiene aufweist, wobei ein Ende der zweiten Stromschiene durch eine in dem Flanschabschnitt ausgebildete zweite Stromschienenöffnung geführt ist, und somit aus dem Inneren des Hohlwellenkörpers herausgeführt ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass die Schleifringvorrichtung zwei zueinander beabstandete und voneinander getrennte elektrisch leitfähige Schleifringe aufweist, wobei jeder Schleifring mit zumindest einer elektrisch leitfähigen Stromschiene verbunden ist. Der erste Schleifring weist die wenigstens erste Stromschiene auf und der zweite Schleifring weist wenigstens die zweite Stromschiene auf. Sowohl das Ende der ersten Stromschiene als auch das Ende der zweiten Stromschiene ist jeweils durch eine entsprechende Stromschienenöffnung im Flanschabschnitt des Wellenstummels geführt. Das jeweilige Ende der Stromschienen ist dazu eingerichtet und ausgebildet mit der Rotorwicklung des Rotors elektrisch leitend verbunden zu werden.
Denkbar ist, dass ein Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings gleich einem Außendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings ist. Dies hat den Vorteil, dass die auf den ersten Schleifring und der zweiten Schleifring wirkenden Schleifkontakte, bzw. Kohlebürsten, auf gleicher Höhe angeordnet werden können. Nachteilig ist jedoch, dass die Anordnung der beiden Schleifringe nebeneinander und das Führen der beiden Stromschienen in der Schleifringvorrichtung, insbesondere bei der Herstellung der Schleifringvorrichtung, etwas aufwendiger ist, da die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene nicht auf gleicher Höhe, bezogen auf die radiale Richtung der Stromschienen geführt werden können.
Alternativ dazu liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass ein Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings kleiner ist als ein Innendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings. Wenn in diesem Zusammenhang sich die jeweilige Stromschiene in axialer Richtung des jeweiligen Schleifrings erstreckt, kann der erste Schleifring durch den zweiten Schleifring geführt werden und die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene verlaufen zumindest abschnittsweise parallel und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander. Somit können die Schleifringe in einfacher Weise angeordnet werden. Dies gilt insbesondere für einen Umspritzvorgang.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der erste Schleifring und/oder der zweite Schleifring in einem elektrisch isolierenden Schleifringträger angeordnet sind. Es versteht sich von selbst, dass zumindest eine äußere Mantelfläche des ersten Schleifrings und des zweiten Schleifrings frei liegen, damit diese mit den Schleifkontakten, die auch als Kohlebürsten bezeichnet werden können, in einen elektrisch leitenden Kontakt treten können. Es ist vorgesehen, dass nicht nur die Schleifringe, sondern auch die erste Stromschiene und/oder die zweite Stromschiene in dem Schleifringträger angeordnet sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese mit Ausnahme des jeweiligen distalen Endabschnitts vollständig von dem isolierenden Schleifringträger umgeben bzw. in diesem eingebettet sind. Somit kann die Schleifringvorrichtung in einfacher Weise vorgefertigt und in den Wellenabschnitt eingesetzt werden. Durch die mögliche Vorfertigung können die Herstellungskosten reduziert werden.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Schleifringträger im Bereich der jeweiligen Stromschienenöffnung mit dieser mediendicht abschließt. Somit kann vermieden werden, dass ein Kühlmittel über die Stromschienenöffnung in das Innere des Hohlwellenkörpers eindringt. Ebenso kann vorzugsweise bei einer Kühlung des Hohlwellenkörpers von Innen somit eine Abdichtung erzielt werden, dass das Kühlmedium über die Stromschienenöffnungen nicht nach außen dringt.
Grundsätzlich kann die Schleifringvorrichtung derart in dem Wellenabschnitt angeordnet sein, dass diese drehfest mit dem Wellenabschnitt verbunden ist. Eine bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schleifringvorrichtung formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Wellenabschnitt angeordnet ist. Die formschlüssige Anordnung kann vorsehen, dass der Wellenabschnitt auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Seite einen Vorsprung aufweist und die Schleifringvorrichtung auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite eine zu dem Vorsprung korrespondierende Ausnehmung, so dass der Vorsprung beim Einführen der Schleifringvorrichtung in axialer Richtung des Wellenabschnitts in die Ausnehmung eingreift und mit dem Wellenabschnitt einen Formschluss eingeht. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine adhäsive Verbindung. Die kraftschlüssige Verbindung kann vorzugsweise eine Schraub- und/oder Nietverbindung sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass auf einer äußeren Mantelfläche des Wellenabschnitts ein Lagersitz ausgebildet ist. Im Bereich des Lagersitzes ist die äußeren Mantelfläche des Wellenabschnitts in Umfangsrichtung vollumfänglich geschlossen. Zudem ist bezogen auf die radiale Richtung des Wellenabschnitts im Bereich des Lagersitzes eine Stufe ausgebildet, die in axialer Richtung des Rotors als Anschlag für den Lagersitz dient. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass auf dem Lagersitz eine Lagereinrichtung angeordnet ist, so dass der Rotor drehbar gelagert ist. Durch die Ausbildung des Lagersitzes und der Anordnung der Lagereinrichtung kann vermieden werden, dass ein Kühlmittel des Rotors, insbesondere ein Öl, im Bereich des Lagersitzes in Richtung der Schleifringe fließt und mit diesen in Kontakt tritt.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors, wobei die Schleifringvorrichtung mit dem ringförmigen ersten Schleifring voran über eine Flanschseite des Wellenstummels in den Wellenabschnitt eingeführt wird, so dass der erste Schleifring über das distale Ende des Wellenabschnitts hinausgeführt ist, und das Ende der ersten Stromschiene durch die erste Stromschienenöffnung des Flanschabschnitts geführt ist.
Das Ende der ersten Stromschiene ist folglich auf einer dem Schleifring abgewandten Seite der Stromschiene ausgebildet. Vorzugweise ist das Ende der ersten Stromschiene derart umgelenkt, dass es in Richtung des ersten Schleifrings gerichtet ist, bzw. parallel zur Längsrichtung des ersten Schleifrings ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann die Schleifringvorrichtung vorzugsweise co-axial zum Wellenabschnitt über eine translatorische Bewegung in den Wellenabschnitt eingeführt werden, wobei der erste Schleifring das distale Ende des Wellenabschnitts überragt und das Ende der ersten Stromschiene durch die Stromschienenöffnung im Flanschabschnitt geführt wird. Somit kann die Schleifringvorrichtung in einfacher und preiswerter Weise in den Rotor angeordnet werden. Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung innenliegend ausgebildet ist, kann auf dem Wellenabschnitt eine Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors angeordnet werden. Der Wellenabschnitt bzw. eine äußere Mantelfläche kann im Bereich der Lagereinrichtung durchgehend ausgebildet werden, so dass verhindert werden kann, dass im Bereich der Rotorlagerung in Kühlmedium des Rotors in Richtung des ersten Schleifrings gelangt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wellenstummel und der Hohlwellenkörper nach der Anordnung der Schleifringvorrichtung in dem Wellenstummel stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung. Die formschlüssige ist vorzugsweise eine Nut-Feder-Verbindung. Die kraftschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Schraub- und/oder Nietverbindung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schleifringvorrichtung stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig in dem Wellenabschnitt angeordnet wird. Die formschlüssige Anordnung kann vorsehen, dass der Wellenabschnitt auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Seite einen Vorsprung aufweist und die Schleifringvorrichtung auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite eine zu dem Vorsprung korrespondierende Ausnehmung, so dass der Vorsprung beim Einführen der Schleifringvorrichtung in axialer Richtung des Wellenabschnitts in die Ausnehmung eingreift und mit dem Wellenabschnitt einen Formschluss eingeht. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine adhäsive Verbindung. Die kraftschlüssige Verbindung kann vorzugsweise eine Schraub- und/oder Nietverbindung sein.
Die Schleifringvorrichtung, umfassend den ersten Schleifring und die erste Stromschiene, wird vorzugsweise durch Umspritzen in dem Schleifringträger angeordnet. Vorzugsweise werden der erste Schleifring, die erste Stromschiene, der zweite Schleifring und die zweite Stromschiene durch Umspritzen in dem Schleifringträger angeordnet. Auf diese Weise wird eine Schleifringvorrichtung bereitgestellt, die vorgefertigt und in einfacher Weise in dem Wellenstummel angeordnet werden kann. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden. In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine fremderregte elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise Bestandteil eines Traktionsantriebs, um ein Kraftfahrzeug zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, elektrisch anzutreiben.
Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Rotors auch Merkmale des Verfahrens und/oder der elektrischen Maschine sein. Dies gilt auch umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalen zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In diesen zeigen:
Fig 1 einen Ausschnitt einer dreidimensionalen Ansicht eines Rotors im Bereich eines Wellenstummels mit einer Schleifringvorrichtung;
Fig. 2 eine Explosionsansicht des Rotors;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch den Wellenstummel und die Schleifringvorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer dreidimensionalen Ansicht eines Rotors RO im Bereich eines Wellenstummels WS mit einer Schleifringvorrichtung SRV gezeigt. Der Rotor RO weist eine gebaute Rotorwelle RW auf. Die gebaute Rotorwelle RW umfasst einen zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper HWK, auf dem ein Rotorblechpaket RBP drehfest angeordnet ist. An dem jeweiligen axialen Ende des Hohlwellenkörpers HWK ist der Wellenstummel WS angeordnet. Der jeweilige Wellenstummel WS umfasst einen Flanschabschnitt FA und einen Wellenabschnitt WA. Der Flanschabschnitt FA ist mit den dem Hohlwellenkörper HWK drehfest verbunden. Der Wellenabschnitt WA ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet den Rotor RO über wenigstens eine Lagereinrichtung LER derart zu lagern, so dass dieser um eine Rotorachse RA des Rotors RO rotierbar ist. Hierzu ist vorgesehen, dass der Wellenabschnitt WA eine äußere Mantelfläche AM aufweist. Die äußere Mantelfläche AM ist in Umfangsrichtung des Rotors RO bzw. des Wellenabschnitts WA durchgehend, also unterbrechungsfrei bzw. durchgehend ringförmig, ausgebildet.
Die Schleifringvorrichtung SRV verläuft durch den Wellenabschnitt WA und umfasst einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring ESR und einen ringförmig ausgebildeten zweiten Schleifring ZSR. Sowohl der erste Schleifring ESR als auch der zweite Schleifring ZSR überragen zumindest abschnittsweise ein distales Ende DE des Wellenabschnitts WA bezogen auf die axiale Richtung des Rotors RO. Das distale Ende DE des Wellenabschnitts WA ist auf einer dem Hohlwellenkörper HWK abgewandten Seite des Wellenabschnitts WA ausgebildet. Mit dem ersten Schleifring ESR ist eine durch den Wellenabschnitt WA verlaufende erste Stromschiene ESS elektrisch leitend verbunden. Ebenso ist mit den zweiten Schleifring ZSR ein zweite Stromschiene ZSS elektrisch leitend kontaktiert. Ein distales Ende der ersten Stromschiene ESS ist durch eine in dem Flanschabschnitt FA des Wellenstummels WS ausgebildete erste Stromschienenöffnung ESO geführt. Ebenso ist ein distales Ende der zweiten Stromschiene ZSS durch eine in dem Flanschabschnitt FA des Wellenstummels WS ausgebildete zweite Stromschienenöffnung ZSO geführt. Somit werden das distale Ende der ersten Stromschiene ESO und das distale Ende der zweiten Stromschiene ZSS aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers HWK herausgeführt. Folglich kann das Ende der ersten Stromschiene ESS und das Ende der zweiten Stromschiene ZSS mit einer Rotorwicklung (nicht dargestellt) des fremderregten Rotors RO elektrisch leitend verbunden werden. Der erste Schleifring ESR, der zweite Schleifring ZSR, die erste Stromschiene ESS und die zweite Stromschiene ZSS sind jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Material weist vorzugsweise Kupfer auf und/oder ist aus Kupfer ausgebildet. Denkbar ist, dass die erste Stromschiene ESS and den ersten Schleifring ESR und/oder die zweite Stromschiene ZSS an den zweiten Schleifring ZSR stoffschlüssig angeordnet ist. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Löt- oder Schweißverbindung. Vorstellbar ist jedoch auch, dass die erste Stromschiene ESS und der erste Schleifring ESR und/oder die zweite Stromschiene ZSS und der zweite Schleifring ZSR einstückig miteinander ausgebildet sind.
Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung SRV durch das Innere des Wellenabschnitts WA verläuft, weist der Wellenabschnitt WA im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine in Umfangsrichtung des Rotors RO durchgehende äußere Mantelfläche AM im Bereich eines Lagersitzes LS auf, auf der eine Lagereinrichtung LER zur drehbaren Lagerung des Rotors RO angeordnet werden kann. Somit kann in diesem Bereich des Wellenabschnitts WA in einfacher Weise im Bereich des Lagersitzes LS eine fluiddichte bzw. kühlmitteldichte Abdichtung ermöglicht werden, sodass vermieden werden kann, dass ein Kühlmittel, insbesondere ein Öl, des Rotors RO in den Bereich der Schleifringe ESR, ZSR gelangt.
Weiterhin ist ersichtlich, dass der erste Schleifring ESR, die erste Stromschiene ESS, der zweite Schleifring ZSR und die zweite Stromschiene ZSS durch Umspritzen in einem Schleifringträger SRT angeordnet sind. Mit anderen Worten werden der erste Schleifring ESR und die erste Stromschiene ESS, der zweite Schleifring ZSR und die zweite Stromschiene ZSS in dem Schleifringträger angeordnet bzw. durch diesen gehalten. Der erste Schleifring ESR und der zweite Schleifring sind in dem Schleifringträger SRT galvanisch voneinander getrennt und in axialer Richtung des Rotors RO zueinander beabstandet angeordnet. Eine äußere Mantelfläche des ersten Schleifrings ESR und eine äußere Mantelfläche des zweiten Schleifrings ZSR liegen frei, damit diese mit den Schleifkontakten bzw. Kohlebürsten (nicht dargestellt) in einen elektrisch leitenden Kontakt treten können. Durch die Anordnung der Schleifringe ESR, ZSR in dem Schleifringträger SRT wird eine Schleifringvorrichtung SRV bereitgestellt, die vorgefertigt und in einfacher Weise in dem Wellenstummel WS angeordnet werden kann. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden.
Wie den Fig. 1 und Fig. 2 zu entnehmen ist, ist ein Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings ESR kleiner ist als ein Innendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings ZSR. Wenn in diesem Zusammenhang sich die jeweilige an den Schleifring ESR, ZSR angebundene Stromschiene ESS, ZSS in axialer Richtung des jeweiligen Schleifrings ESR, ZSR erstreckt, kann der erste Schleifring ESR durch den zweiten Schleifring ZSR geführt werden und die erste Stromschiene ESS und die zweite Stromschiene ZSS verlaufen zumindest abschnittsweise parallel und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander. Somit können der erste Schleifring ESR und der zweite Schleifring ZSR in einfacher Weise vor der Umspritzung durch ein Kunststoffmaterial zur Ausbildung des Schleifringträgers SRT zueinander angeordnet werden.
In Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung durch den Wellenstummel WS und die Schleifringvorrichtung SRV gezeigt. Das Ende der zweiten Stromschiene ZSS ist auf einer dem zweiten Schleifring ZSR abgewandten Seite der zweiten Stromschiene ZSS ausgebildet, wobei das Ende der zweiten Stromschiene ZSS derart umgelenkt ist, dass es in Richtung des zweiten Schleifrings ZSR gerichtet ist, bzw. parallel zur Längsrichtung des zweiten Schleifrings ZSR ausgerichtet ist. Auf gleiche Weise ist die erste Stromschiene ESS ausgebildet. Somit kann die Schleifringvorrichtung SRV vorzugsweise co-axial zum Wellenabschnitt WA über eine translatorische Bewegung in den Wellenabschnitt WA eingeführt werden, wobei der erste Schleifring ESR und der zweite Schleifring ZSR das distale Ende DE des Wellenabschnitts WA überragt und das Ende der ersten Stromschiene ESS durch die erste Stromschienenöffnung ESO im Flanschabschnitt FA und das Ende der zweiten Stromschiene ZSS durch die zweiten Stromschienenöffnung ZSO geführt werden. Die Schleifringvorrichtung SRV kann somit in einfacher und preiswerter Weise in dem Rotor RO angeordnet werden. Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung SRV innenliegend ausgebildet ist, kann die auf dem Wellenabschnitt WA angeordnete Lagereinrichtung LER zur drehbaren Lagerung des Rotors RO eine fluiddichte Abdichtung zum Wellenabschnitt WA ermöglichen, so dass in diesem Bereich ein Kühlmittel, insbesondere ein Öl, aus dem Bereich des Rotors RO nicht zu den Schleifringen ESR, ZSR gelangt.
Der Schleifringträger SRT schließt im Bereich der ersten Stromschienenöffnung ESO und/oder im Bereich der zweiten Stromschienenöffnung ZSO mediendicht ab. Somit kann vermieden werden, dass ein Kühlmittel über die erste Stromschienenöffnung ESO und/oder die zweite Stromschienenöffnung ZSO in den Hohlwellenkörper HWK eindringt.

Claims

Patentansprüche
1 . Rotor (RO) für eine fremderregte elektrische Maschine, aufweisend eine gebaute Rotorwelle (RW) mit einem zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper (HWK), an dessen jeweiligem axialen Ende ein Wellenstummel (WS) angeordnet ist, wobei der jeweilige Wellenstummel (WS) einen Flanschabschnitt (FA) und einen Wellenabschnitt (WA) aufweist, der eine äußere Mantelfläche (AM) umfasst, eine durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende Schleifringvorrichtung (SRV), die wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring (ESR), der ein distales Ende (DE) des Wellenabschnitts (WA) in axialer Richtung des Rotors (RO) überragt, und eine mit dem ersten Schleifring (ESR) verbundene und durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende erste Stromschiene (ESS) aufweist, wobei ein Ende der ersten Stromschiene (ESS) durch eine in dem Flanschabschnitt (FA) ausgebildete erste Stromschienenöffnung (ESO) geführt ist, und somit aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers (HWK) herausgeführt ist.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (FA), der Wellenabschnitt (WA) und/oder der Hohlwellenkörper (HWK) aus dem gleichen Material ausgebildet sind.
3. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (FA), der Wellenabschnitt (WA) und/oder der Hohlwellenkörper (HWK) aus einem Metall ausgebildet sind und/oder einen metallischen Werkstoff aufweisen.
4. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers (HWK) einer der Wellenstummel (WS) einstückig mit dem Hohlwellenkörper (HWK) ausgebildet ist.
5. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers (HWK) der Wellenstummel (WS) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Hohlwellenkörper (HWK) verbunden ist.
6. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringvorrichtung (SRV) einen von dem ersten Schleifring (ESR) verschiedenen und zum ersten Schleifring (ESR) in axialer Richtung des Rotors (RO) beabstandeten ringförmigen zweiten Schleifring (ZSR), und eine mit dem zweiten Schleifring (ZSR) verbundene und durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende zweite Stromschiene (ZSS) aufweist, wobei ein Ende der zweiten Stromschiene (ZSS) durch eine in dem Flanschabschnitt (FA) ausgebildete zweite Stromschienenöffnung (ZSO) geführt ist, und somit aus dem Inneren des Hohlwellenkörpers (HWK) herausgeführt ist.
7. Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings (ESR) kleiner ist als ein Innendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings (ZSR).
8. Rotor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schleifring (ESR) und/oder der zweite Schleifring (ZSR) in einem elektrisch isolierenden Schleifringträger (SRT) angeordnet sind.
9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifringträger (SRT) im Bereich der jeweiligen Stromschienenöffnung (ESO, ZSO) mit dieser mediendicht abschließt.
10. Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer äußeren Mantelfläche (AM) des Wellenabschnitts (WA) ein Lagersitz (LS) ausgebildet ist.
11 . Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringvorrichtung (SRV) formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Wellenabschnitt (WA) angeordnet ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Rotor (RO) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schleifringvorrichtung (SRV) mit dem ringförmigen ersten Schleifring (ESR) voran über eine Flanschseite des Wellenstummels (WS) in den Wellenabschnitt (WA) eingeführt wird, so dass der erste Schleifring (ESR) über das distale Ende (DE) des Wellenabschnitts (WA) hinausgeführt wird, und das Ende der ersten Stromschiene (ESS) durch die erste Stromschienenöffnung (ESO) des Flanschabschnitts (FA) geführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstummel (WS) und der Hohlwellenkörper (HWK) nach der Anordnung der Schleifringvorrichtung (SRV) in dem Wellenstummel (WS) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringvorrichtung (SRV) stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig in dem Wellenabschnitt (WA) angeordnet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schleifring (ESR), die erste Stromschiene (ESS), der zweite Schleifring (ZSR) und die zweite Stromschiene (ZSS) durch Umspritzen in dem Schleifringträger (SRT) angeordnet werden.
16. Elektrische Maschine mit einem Rotor (RO) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
EP23741323.2A 2022-07-14 2023-07-10 Rotor mit schleifringvorrichtung, verfahren zur herstellung eines rotors mit einer schleifrichtvorrichtung und elektrische maschine mit einem rotor Pending EP4555607A1 (de)

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