WO2013110581A2 - Elektrische maschine und kraftfahrzeug mit einer elektrischen maschine - Google Patents
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Classifications
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Definitions
- the present invention relates to an electric machine, in particular an electric motor or a generator, for example a starter generator. It further relates to a motor vehicle with such an electric machine.
- the object of the invention is therefore to provide an electrical machine in which the penetration of brush dust into the engine compartment is prevented as much as possible in a technically simple and at the same time particularly effective manner.
- an electric machine comprising:
- At least one labyrinth seal is provided between the engine compartment and the slip rings.
- a labyrinth seal Under a labyrinth seal is here and below understood a non-contact seal whose sealing effect is based on the significant extension of the path through the labyrinth.
- the extension can be achieved by a mesh of
- Forming elements on the rotor shaft and a fixed housing part can be achieved.
- Labyrinthwindungen is provided, which is a simple
- the labyrinth seal can in particular as
- Multi-groove labyrinth seal be formed and several in Series have successively connected sealing elements made of intermeshing form elements.
- the labyrinth seal is off
- the mold elements may also be formed entirely from plastic.
- the housing part typically has an opening to
- the labyrinth seal can be arranged concentrically around the rotor shaft.
- the slip rings are designed as dry-running slip rings, the use of the labyrinth seal is particularly advantageous because in this case occurs at the opening brush dust.
- the rotating electric machine is designed as an electric motor. It can also be designed as a generator or be operable both as a motor and as a generator.
- Such electrical machines are suitable for use in a motor vehicle. They can be used both as drive motors fully integrated in the drive train and, for example, as starter generators or axle motors. According to one aspect of the invention, therefore, a motor vehicle is specified with a drive having the described electric machine.
- the motor vehicle can be designed as an electric or hybrid vehicle.
- the single figure shows schematically a section through a rotor for an electric machine according to an embodiment of the invention.
- the figure shows a rotor 1 for an electric machine, in particular for a separately excited synchronous motor.
- the stator of the electric machine is not shown.
- the rotor 1 comprises a rotor lamination stack 3 arranged on a rotor shaft 2.
- the rotor lamination stack 3 is arranged in an engine interior 5.
- the rotor shaft 2 is rotatably supported in the motor interior 5 by means of a bearing 4.
- the rotor shaft 2 is led out of the motor interior 5 through an opening 9 in a housing part 6, for example a bearing plate.
- two slip rings 7 are arranged on the rotor shaft 2 via which the excitation voltage is applied to the exciter windings, not shown, of the rotor 1 by means of carbon brushes 8.
- a slip ring capsule can surround the slip rings 7 and the carbon brushes 8.
- the rotor 1 has a labyrinth seal 13 in the region of the opening 9 on the rotor shaft 2.
- the labyrinth seal 13 is formed by a first mold element 14 which is connected to the housing part 6 and arranged in the opening 9, and by a second mold element 15 which is non-rotatably connected to the rotor shaft 2.
- the mold elements 14, 15 have "sealing lips" 16 which mesh with one another and contact one another and are formed from a plastic material, a path is formed between these sealing lips 16, which, however, is significantly longer than the length of the opening 9 The distance to be traveled by the motor interior 5 is thus markedly extended by the labyrinth seal 13, resulting in the sealing effect
- Labyrinth seal on a larger number of successively arranged, intermeshing sealing lips As a result, the distance to be traveled by the coal dust is additionally lengthened and the sealing effect is increased.
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Abstract
Eine elektrische Maschine weist folgendes auf: einen in einem Motorinnenraum (5) auf einer Rotorwelle (2) angeordneten Rotor (1); eine Anzahl von außerhalb des Motorinnenraums (5) auf der Rotorwelle (2) angeordneten Schleifringen (7); zwischen dem Motorinnenraum (5) und den Schleifringen (7) ist zumindest eine Labyrinthdichtung (13) vorgesehen.
Description
Beschreibung
Elektrische Maschine und Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor oder einen Generator, beispielsweise einen Startergenerator. Sie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine.
In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend Elektromotoren auch als Antriebsmotoren verbaut. Dabei kommen zum Teil fremderregte Synchronmaschinen zum Einsatz, die einen Rotor aus einem mit einer Erregerwicklung versehenen Blechpaket aufweisen.
Bei fremderregten Synchronmaschinen sind die Enden der
Erregerwicklung über zwei Schleifringe, die auf der Rotorwelle angeordnet sind, herausgeführt. Über Kohlebürsten wird die ErregerSpannung an die Erregerwicklung gelegt. Die beiden Schleifringe zusammen mit dem sie tragenden Grundkörper werden häufig auch einfach „Schleifring" genannt.
Bei derartigen elektrischen Maschinen tritt das Problem auf, dass der Abrieb der Bürsten in das Motorinnere eindringt. Dieser Staub aus elektrisch leitenden Teilchen kann sich beispielsweise als leitfähige Schicht auf Maschinenelementen absetzen und zu elektrisch leitenden Kriechstrecken führen.
Die DE 10014310 AI offenbart eine schwimmende Spaltdichtung zur Abdichtung des Rotorraumes gegen den Schleifring. Bei einer derartigen Dichtung sind Federn vorgesehen, die die
Dichtelemente zusammenpressen, gleichzeitig aber ein axiales Spiel erlauben. Dies macht die Konstruktion verhältnismäßig aufwendig und anfällig für Probleme bei hoher Beanspruchung.
Außerdem können mit einer derartigen Dichtung rotierende Bauteile nicht abgedichtet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Maschine anzugeben, bei der auf technisch einfache und gleichzeitig besonders wirkungsvolle Weise das Eindringen von Bürstenstaub in den Motorinnenraum möglichst weitgehend verhindert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Maschine angegeben, die folgendes aufweist:
- einen in einem Motorinnenraum auf einer Rotorwelle angeordneten Rotor;
- eine Anzahl von außerhalb des Motorinnenraums auf der Rotorwelle angeordneten Schleifringen;
- zwischen dem Motorinnenraum und den Schleifringen ist zumindest eine Labyrinthdichtung vorgesehen.
Unter einer Labyrinthdichtung wird hier und im Folgenden eine berührungsfreie Dichtung verstanden, deren Dichtwirkung auf der deutlichen Verlängerung des Weges durch das Labyrinth beruht . Die Wegverlängerung kann durch ein Ineinandergreifen von
Formelementen auf der Rotorwelle und einem feststehenden Gehäuseteil erreicht werden.
Bei einer derartigen elektrischen Maschine kann das Eindringen von anfallendem Bürstenstaub in das Motorinnere dadurch verhindert werden, dass der vom Staub zurückzulegende Weg bis in den Gehäuseinnenraum deutlich verlängert und mit
Labyrinthwindungen versehen wird, was ein einfaches
Hindurchströmen des Staubs durch die Öffnung verhindert.
Die Labyrinthdichtung kann insbesondere als
Mehrrillen-Labyrinthdichtung ausgebildet sein und mehrere in
Reihe hintereinander geschaltete Dichtelemente aus miteinander kämmenden Formelementen aufweisen.
In einer Ausführungsform ist die Labyrinthdichtung aus
Formelementen auf der Rotorwelle und mit diesen kämmenden Formelementen an einem Gehäuseteil ausgebildet, wobei die Formelemente eine Oberfläche aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, aufweisen. Dabei können die Formelemente auch vollständig aus Kunststoff ausgebildet sein.
Das Gehäuseteil weist typischerweise eine Öffnung zur
Durchführung der Rotorwelle auf. In dieser Öffnung kann die Labyrinthdichtung konzentrisch um die Rotorwelle herum angeordnet sein.
Wenn die Schleifringe als trockenlaufende Schleifringe ausgebildet sind, ist der Einsatz der Labyrinthdichtung besonders vorteilhaft, da in diesem Fall an der Öffnung Bürstenstaub anfällt.
In einer Ausführungsform ist die rotierende elektrische Maschine als Elektromotor ausgebildet. Sie kann auch als Generator ausgebildet sein oder sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar sein.
Derartige elektrische Maschinen eignen sich für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Sie können sowohl als im Antriebsstrang vollintegrierte Antriebsmotoren als auch beispielsweise als Startergeneratoren oder Achsmotoren eingesetzt werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird deshalb ein Kraftfahrzeug mit einem Antrieb angegeben, der die beschriebene elektrische Maschine aufweist. Das Kraftfahrzeug kann dabei als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Figur näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Rotor für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Figur zeigt einen Rotor 1 für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen fremderregten Synchronmotor. Der Stator der elektrischen Maschine ist nicht gezeigt. Der Rotor 1 umfasst ein auf einer Rotorwelle 2 angeordnetes Rotorblechpaket 3. Das Rotorblechpaket 3 ist in einem Motorinnenraum 5 angeordnet. Die Rotorwelle 2 ist in dem Motorinnenraum 5 drehbar mittels eines Lagers 4 gelagert. Die Rotorwelle 2 ist durch eine Öffnung 9 in einem Gehäuseteil 6, beispielsweise einem Lagerschild, aus dem Motorinnenraum 5 herausgeführt.
Außerhalb des Motorinnenraums 5 sind auf der Rotorwelle 2 zwei Schleifringe 7 angeordnet, über die mittels Kohlebürsten 8 die ErregerSpannung an nicht gezeigte Erregerwicklungen des Rotors 1 angelegt wird.
Eine nicht gezeigte Schleifringkapsel kann die Schleifringe 7 und die Kohlebürsten 8 umgeben.
Im Betrieb des Rotors fällt an den Schleifringen 7, die als trocken (nicht in Öl) laufende Schleifringe 7 ausgebildet sind, elektrisch leitender Kohlestaub von den Kohlebürsten 8 an. Durch die Öffnung 9 kann beispielsweise der Kohlestaub in den Motorinnenraum 5 dringen, sich dort als elektrisch leitende Schicht absetzen und zu Kriechströmen führen.
Um dies zu verhindern, weist der Rotor 1 im Bereich der Öffnung 9 auf der Rotorwelle 2 eine Labyrinthdichtung 13 auf.
Die Labyrinthdichtung 13 ist durch ein erstes Formelement 14 ausgebildet, das mit dem Gehäuseteil 6 verbunden und in der Öffnung 9 angeordnet ist, sowie durch ein zweites Formelement 15, das drehfest mit der Rotorwelle 2 verbunden ist.
Die Formelemente 14, 15 weisen miteinander kämmende und einander nicht berührende „Dichtlippen" 16 auf und sind aus einem Kunststoff ausgebildet. Zwischen diesen Dichtlippen 16 hindurch ist ein Pfad gebildet, der jedoch deutlich länger ist als die Länge der Öffnung 9. Die vom Kohlestaub in den Motorinnenraum 5 zurückzulegende Strecke ist somit durch die Labyrinthdichtung 13 deutlich verlängert, woraus sich die Dichtwirkung ergibt. In einer nicht gezeigten Ausführungsform weist die
Labyrinthdichtung eine größere Anzahl von hintereinander angeordneten, miteinander kämmenden Dichtlippen auf. Dadurch wird der durch den Kohlestaub zurückzulegende Weg zusätzlich verlängert und die Dichtwirkung erhöht.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äguivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Rotorwelle
3 Rotorblechpaket
4 Lager
5 Motorinnenraum
6 Gehäuseteil
7 Schleifring
8 Kohlebürste
9 Öffnung
13 Labyrinthdichtung
14 erstes Formelement
15 zweites Formelement
16 Dichtlippe
Claims
Elektrische Maschine, die folgendes aufweist:
- einen in einem Motorinnenraum (5) auf einer Rotorwelle (2) angeordneten Rotor (1);
- eine Anzahl von außerhalb des Motorinnenraums (5) auf der Rotorwelle (2) angeordneten Schleifringen (7);
- zwischen dem Motorinnenraum
(5) und den Schleifringen (7) ist zumindest eine Labyrinthdichtung (13) vorgesehen .
Elektrische Maschine nach Anspruch 1,
wobei die Labyrinthdichtung (13) als
Mehrrillen-Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Labyrinthdichtung (13) aus Formelementen (15) auf der Rotorwelle (2) und mit diesen kämmenden Formelementen (14) an einem Gehäuseteil (6) ausgebildet ist, wobei die Formelemente (14, 15) eine Oberfläche aus einem elektrisch isolierenden Material aufweisen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 3,
wobei die Formelemente aus Kunststoff ausgebildet sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Gehäuseteil
(6) eine Öffnung (9) zur Durchführung der Rotorwelle (2) aufweist und die Labyrinthdichtung (13) konzentrisch um die Rotorwelle (2) herum in der Öffnung (9) angeordnet ist.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schleifringe (7) als trockenlaufende Schleifringe ausgebildet sind.
7. Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die als Generator ausgebildet ist.
8. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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