WO2015091292A2 - Schleifringbaugruppe, elektrische maschine - Google Patents

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WO2015091292A2
WO2015091292A2 PCT/EP2014/077639 EP2014077639W WO2015091292A2 WO 2015091292 A2 WO2015091292 A2 WO 2015091292A2 EP 2014077639 W EP2014077639 W EP 2014077639W WO 2015091292 A2 WO2015091292 A2 WO 2015091292A2
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WO
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slip ring
ring assembly
assembly according
support member
conductor
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PCT/EP2014/077639
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WO2015091292A3 (de
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Ricardo Zeus TRUJILLO MORALES
Thorsten Ortlepp
Dieter Schurig
Erdogan Dikmenli
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • 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
    • H01R39/34—Connections of conductor to slip-ring
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/26—Devices for sensing voltage, or actuated thereby, e.g. overvoltage protection devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/648—Protective earth or shield arrangements on coupling devices, e.g. anti-static shielding  
    • H01R13/6485—Electrostatic discharge protection

Definitions

  • the invention relates to a slip ring assembly for a rotor of an electric machine, with a particular hollow shaft-like support member made of an insulating material on which at least one first slip ring and at least one first electrically conductive connection element for a winding of the electric machine are fixed, wherein the first slip ring and the first connection element are connected to each other by a first electrical conductor element, and wherein a second electrical conductor element is provided, which connects the first electrical conductor element or the connection element with a second electrically conductive connection element for a can be arranged on the support member / arranged Wälz Archiveslager.
  • the invention relates to an electric machine, in particular for a motor vehicle, with a rotor which carries a winding, and with a
  • Slip ring assembly for electrical contacting of the winding.
  • Slip ring assemblies and electrical machines of the type mentioned are known from the prior art.
  • published patent application DE 10 2005 031 535 AI discloses a slip ring assembly of the type mentioned.
  • Slip ring assemblies usually have two slip rings on a support member electrically isolated from each other and each connectable by an electrical conductor element with a winding, in particular with an excitation coil of the rotor or are connected.
  • Such slip ring assemblies and electrical machine are faced with the problem that during the rotational movement of the rotor high build electrical static voltages that suddenly discharge after exceeding a limit and thereby damage electronic components in the electrical machine or even destroy.
  • the above document provides for this purpose, to provide a further electrical conductor element, which is a direct electrical connection from the first electrical
  • Machine with a slip ring assembly is known in which a conductor element contacts a pronounced resistance.
  • a slip ring assembly is further known in which a series-connected capacitance between a shaft and a machine mass is provided for a sliding contact.
  • the assembly according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that on the one hand, the previously mentioned high-voltage test can continue to be performed, and that generated to the other
  • a discrete component for dissipating an overvoltage is interposed between the second conductor element and the second connection element.
  • the derivative can be optimized by different discrete components, such as in particular by a resistor and / or a capacitor.
  • discrete components such as in particular by a resistor and / or a capacitor.
  • the discrete component is designed as a resistor or as a capacitor.
  • a commercially available simple-wired resistor can be used instead of an expensive SMD resistor.
  • Resistor has the advantage that it effectively counteracts capacitively coupled AC voltages that may arise, for example, by a pulse width modulated current control of the rotor coil.
  • a capacitor and a resistor are connected as discrete components in parallel to one another in order to increase the safety of the slip ring assembly both for continuous static charges and for capacitive couplings.
  • a capacitor coated with a conductive paint carbon lacquer
  • the second conductor element is designed as a conductor wire or conductor rail, which is or at least substantially enclosed by the support part, wherein the support part has an open-edged recess, in which the discrete
  • Component is used.
  • the second conductor element as well as the discrete one
  • the carrier part is particularly preferably an injection-molded part, in particular a plastic injection-molded part, which is at least substantially injected around at least the second conductor element.
  • the recess of the carrier part is associated with a fastened to the support member or fastened lid member.
  • the cover element closes the recess to the outside and is in particular in or latched to the recess.
  • the cover element and / or the carrier part preferably have corresponding latching means, for example as in FIG.
  • Cover element on the support member additionally or alternatively glued or welded.
  • the cover element prevents the discrete component from disengaging from the support member due to centrifugal force.
  • the cover element is preferably according to such
  • connection element is designed as a connection wire having at its free end a spring portion for abutment against the rolling element bearing. Under the free end is so far from the discrete component end facing away from the
  • connection wire understood. Instead of a connecting wire, it is preferably provided according to an alternative embodiment that the second connecting element is designed as a connecting rail.
  • connection rail can also be provided at its free end with a spring portion.
  • the spring portion of the second connection element serves to secure the rolling element bearing by a
  • the spring portion is formed and / or aligned such that it acts axially resiliently with respect to the carrier part, so that the spring portion contacts the roller bearing at one end face.
  • the spring clearance radially relative to the rolling element bearing, in particular with respect to an inner ring of the
  • the second connection element is designed as a spring element which is held between the rolling element and the discrete component braced in a receptacle of the support member.
  • the spring element is thus used in a receptacle in which also at least one terminal contact of the discrete component for contacting the spring element is located.
  • the connection contact is preferably a connection wire of the discrete component, which extends in particular over the bottom of the receptacle.
  • Spring contact is a safe electrical contact via a high
  • the spring element is urged directly against the component or a contact surface of the component, which also lies in the receptacle.
  • the first connection element is designed as a terminal lug, the at least one contact point for
  • the discrete component can also be electrically connected directly to the first connection element.
  • a contact surface or a contact connection of the second component then forms the second conductor element.
  • the direct connection for example, material can be saved on the second conductor element and the electrical path is shortened.
  • the contact point of an elastically deformable and integrally formed with the contact tab is preferably provided.
  • Terminal tab on a portion which is bent to the side, and thereby receives a resilient property. This section forms the contact point for the discrete component or the second conductor element.
  • Connection element provided a spring force, which guarantees the safe electrical contacting of the discrete component with the first connection element and the rolling element bearing.
  • the discrete component directly between the spring contact tongue and the
  • the discrete component is arranged in a housing, in particular in a plastic housing, which is inserted / inserted into the carrier part.
  • the discrete component itself is thus also housed, wherein the housing is preferably formed as encapsulation.
  • the discrete component is easier to handle and assemble.
  • the discrete component is housed in such a way that its
  • the support part has a recess, in particular axial recess, for receiving and supporting the housing.
  • Figure 2 shows a slip ring assembly of the electric machine in a
  • Figures 7 and 8, a fourth embodiment of the slip ring assembly in different views.
  • Figure 1 shows an electrical machine 1, which is designed as an alternator for motor vehicles.
  • the electric machine 1 has a housing 2, which is formed in two parts.
  • the housing 2 has a housing-side bearing plate 3 and a brush-side bearing plate 4 as housing parts.
  • stator 6 is held by means of housing screws 5.
  • the stator 6 has a stator core 7, in whose grooves, not shown, a stator winding 8 is inserted. From this stator winding 8, a drive-side winding head 9 and a brush-side end winding 10 can be seen.
  • a rotor 11 is arranged within the stator core 7, a rotor 11 is arranged.
  • the rotor is rotatably mounted in the housing 2 via a shaft 12 both in the drive bearing plate 3 and in the brush-side end shield 4 by means of two roller bearing 13. Between the two rolling element bearings 13, 14, magnetic parts of the rotor 11 are positioned. Between a first Polradhquest 15 and a second Polradhcode 16, a pole core 17 is arranged.
  • Pole core 17 around a field winding 18 is arranged.
  • the Polradhcode 15, the pole core 17, the field winding 18 and the Polradhcode 16 are rotatably mounted on the shaft 12.
  • a first fan 19 and on the corresponding opposite side of the other Polradhcode 16 are provided on the side of the Polradhclient 15, which faces away from the field winding 18, a first fan 19 and on the corresponding opposite side of the other Polradhcode 16, a second fan 20 is provided. Both fans serve to suck in air from the axial direction and to blow them through openings in the winding heads 9, 10 and to release them by not shown here radially outwardly disposed openings of the housing 2 after heating to the environment.
  • a slip ring assembly 24 is arranged.
  • the slip ring assembly 24 serves, by means of two slip rings 25th
  • a first conductor element 27 between the slip ring 25 and one end of the field winding 18 and a further conductor element 28 between the slip ring 26 and the other end of the field winding 18 are provided as further connecting elements.
  • a regulator 29 with excitation current for energizing the exciter winding 18 slide on said slip rings 25, 26 not shown here brushes, which are loaded by a regulator 29 with excitation current.
  • a conventional rectifier 30 is provided, which by means of a
  • Cover is covered.
  • FIG. 2 shows, in a longitudinal section, the slip ring assembly 24 used in the electrical machine 1 described above.
  • the slip ring assembly 24 carries the already mentioned slip rings 25 and 26.
  • the two slip rings 25, 26 are supported by a support member 31, which is a complex, made by an injection molding process of an electrically insulating material.
  • the support member 31 has an im
  • the hollow-shaft-like design of the support member 31 serves to receive a shaft-side pin of the shaft 12.
  • the first conductor element 27 and the further conductor element 28 are arranged encapsulated by a material of the support member 31.
  • the first conductor element 27 is connected at one end to the slip ring 25 and at the other end has a first connection element 32, which is designed as a contact lug or connection flange and protrudes in regions from the material of the support part 31, so that it electrically protrudes through the
  • Excitation coil can be contacted. Accordingly, the other
  • Connecting conductor 28 is connected at one end to the slip ring 26 and at the other end has a connecting element 33 corresponding to the connecting element 32, which is likewise designed as a contact lug or connecting flange, which protrudes in regions from the carrier part 31 and serves to contact the excitation winding 18.
  • the support member 31 On its jacket outer wall, the support member 31 has a portion 34 which serves to receive one or more Wälz Archiveslager.
  • the roller bearing 14 is on the section 34
  • Slip ring assembly 24 in a simplified side view.
  • roller bearing 14 is pushed axially onto the support member 31 up to the stop 35.
  • the support part in its outer shell wall a
  • Recess 36 which is formed as a radial recess.
  • a discrete electrical component 37 which is formed according to the present embodiment as a resistor disposed.
  • a second electrical conductor element 38 which is connected at one end to the connection element 32 or to the first conductor element 27, is likewise in FIG.
  • the component 37 is further connected to a second connection element 39, which serves for contacting the inner ring of the roller bearing 14.
  • the second connection element 39 is designed as a spring element, in the present case as a spiral or coil spring, which is arranged in a further recess 40 in the support member 31.
  • the second recess 40 is axially open, so that the spring element 39 protrudes axially from the support part 31 of the stop 35. If the roller bearing 14 is pushed onto the carrier part 31, it is urged against the spring element 39, so that it deforms elastically or compresses. By this bias a secure contacting of the inner ring of the rolling element bearing 14 is permanently ensured.
  • the spring element 39 is expediently designed to be electrically conductive and connected to the discrete component 37 on the side opposite the roller bearing 14. For example, it is provided that the end of the spring element 39 facing away from the roller bearing 14 is connected to a connecting wire 41 of the discrete component 37.
  • the connecting wire 41 can be braced axially, for example, between the spring element 39 and the support member 31.
  • the recess 36 is suitably closed by a cover member 42 radially outward, so that the device 37 even at high
  • the Cover element 42 is preferably held locked in the recess 36. Alternatively or additionally, it is preferably provided that the cover element 42 is welded or glued in the recess. Particularly preferably, the recess 36 is formed so deep that the discrete component 37 in the recess 36 between the bottom of the recess and the lid member
  • Figure 4 shows a second embodiment of the advantageous embodiment of the slip ring assembly 24. In contrast to the preceding
  • Connecting element 39 is formed by a spring portion of a connecting wire 41 of the device 37.
  • the connecting wire 41 protrudes in
  • Rolling element bearings 14 is biased. The bend is located in the
  • Figures 5 and 6 show a third embodiment. While that
  • Support member 31 is arranged, the embodiment of Figures 5 and 6 provides that the device 37 is axially aligned.
  • the component 37 which is formed in this case as a resistor, has at its two ends in each case a contact surface 44 and 45, respectively.
  • the connection element 32 has a contact point 46, against which the component 37 with the
  • the carrier part 31 has a corresponding axial recess into which the component 37 can be inserted.
  • this is arranged in a housing 47 which is formed as encapsulation, wherein the Contact surfaces 45, 44 are recessed from the encapsulation.
  • the housing 47 has a substantially arcuate cross-section, wherein the
  • Component 37 is arranged centrally in it.
  • the support member 31 has a recess 48 which has a contour which substantially corresponds to the contour of the housing 47, so that the housing 47 together with the component 37 in the recess 48 is axially inserted to the Contact element 32 to contact electrically.
  • the connection element 32 facing away from the contact surface 44 of the component 37 protrudes axially beyond the stop 35, so that a secure contact with the contact of the device 37 and its contact surface 44 with the inner ring of the
  • the contact surface 45 which is formed, for example, by an electrically conductive cap of the component 37, insofar represents the second electrical conductor, wherein a contact surface 44 forming the corresponding housing cap of the component 37 replaces the previously described connection wire.
  • Figures 7 and 8 show a fourth embodiment of the slip ring assembly 24, wherein according to the previous embodiment, the
  • connection element 32 has a bent spring contact tongue 49, which forms the contact point 46 at its free end.
  • the component 37 is thus not centrally located on the contact lug, but laterally offset thereto.
  • the housing 47 is preferred
  • the recess 48 of the support member 31 is contoured accordingly.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schleifringbaugruppe (24) für einen Rotor (11) einer elektrischen Maschine (1), mit einem Trägerteil (31) aus einem Isoliermaterial, auf dem mindestens ein erster Schleifring (24) und wenigstens ein erstes elektrisch leitfähiges Anschlusselement (32) für eine Wicklung der elektrischen Maschine (1) fest angeordnet sind, wobei der Schleifring (25) und das Anschlusselement (32) durch ein erstes elektrisches Leiterelement (27) miteinander verbunden sind, und wobei ein zweites elektrisches Leiterelement (38) vorgesehen ist, das das erste Leiterelement (27) mit einem zweiten elektrisch leitfähigen Anschlusselement (39) für ein auf dem Trägerteil (31) anordenbares/angeordnetes Wälzkörperlager (14) verbindet. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem zweiten Leiterelement (38) und dem zweiten Anschlusselement (39) mindestens ein diskretes Bauelement (37) zwischengeschaltet ist.

Description

Beschreibung Titel
Schleifringbaugruppe, elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine Schleifringbaugruppe für einen Rotor einer elektrischen Maschine, mit einem insbesondere hohlwellenartigen Trägerteil aus einem Isoliermaterial, auf dem mindestens ein erster Schleifring und wenigstens ein erstes elektrisch leitfähiges Anschlusselement für eine Wicklung der elektrischen Maschine fest angeordnet sind, wobei der erste Schleifring und das erste Anschlusselement durch ein erstes elektrisches Leiterelement miteinander verbunden sind, und wobei ein zweites elektrisches Leiterelement vorgesehen ist, das das erste elektrische Leiterelement oder das Anschlusselement mit einem zweiten elektrisch leitfähigen Anschlusselement für ein auf dem Trägerteil anordenbares/angeordnetes Wälzkörperlager verbindet.
Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Rotor, der eine Wicklung trägt, und mit einer
Schleifringbaugruppe zur elektrischen Kontaktierung der Wicklung.
Stand der Technik
Schleifringbaugruppen und elektrische Maschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2005 031 535 AI eine Schleifringbaugruppe der eingangs genannten Art. Üblicherweise weisen Schleifringbaugruppen zwei Schleifringe auf, die auf einem Trägerteil elektrisch isoliert voneinander angeordnet und durch jeweils ein elektrisches Leiterelement mit einer Wicklung, insbesondere mit einer Erregerspule des Rotors verbindbar beziehungsweise verbunden sind. Derartige Schleifringbaugruppen und elektrische Maschine sind mit dem Problem konfrontiert, dass sich bei der Drehbewegung des Rotors hohe elektrisch statische Spannungen aufbauen, die sich nach dem Überschreiten einer Grenze plötzlich entladen und dabei elektronische Bauteile in der elektrischen Maschine schädigen oder gar zerstören können. Die oben genannte Druckschrift sieht hierzu vor, ein weiteres elektrisches Leiterelement vorzusehen, das eine direkte elektrische Verbindung von dem ersten elektrischen
Leiterelement zu einer Oberfläche der Schleifringbaugruppe bildet. Hierdurch wird eine Hochspannungsprüfung ermöglicht, die sowohl während der Fertigung als auch nach der Erprobung zur Überprüfung der Wicklung auf Kurzschlüsse zur sogenannten Läufermasse durchgeführt werden kann. Bei der Oberfläche handelt es sich dabei gemäß einem in der Druckschrift offenbarten
Ausführungsbeispiel um einen Abschnitt des Trägerteils, auf welchem ein Wälzkörperlager anordenbar ist, sodass dessen Innenring in direktem Kontakt mit der Oberfläche steht. Aus der Offenlegungsschrift DE 103 24 619 AI ist weiterhin eine elektrische
Maschine mit einer Schleifringbaugruppe bekannt, bei welcher ein Leiterelement einen ausgeprägten Widerstand kontaktiert. Aus der Offenlegungsschrift DE 35 11 755 AI ist weiterhin eine Schleifringbaugruppe bekannt, bei welcher zu einem Gleitkontakt eine in Serie geschaltete Kapazität zwischen einer Welle und einer Maschinenmasse vorgesehen ist.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass zum einen die zuvor bereits erwähnte Hochspannungsprüfung auch weiterhin durchgeführt werden kann, und dass zum anderen erzeugte
Überspannungen sicher abgeleitet werden und die elektrische Maschine vor Beschädigungen geschützt wird. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass zwischen dem zweiten Leiterelement und dem zweiten Anschlusselement ein diskretes Bauelement zum Ableiten einer Überspannung zwischengeschaltet ist.
Je nach Spannung und Frequenz kann die Ableitung durch unterschiedliche diskrete Bauelemente, wie insbesondere durch einen Widerstand und/oder einen Kondensator, optimiert werden. Durch die Verwendung eines diskreten
Bauelements sind definierte, mit kleinen Toleranzen belegte Komponenten verwendbar. Bevorzugt ist - wie bereits erwähnt - vorgesehen, dass das diskrete Bauelement als Widerstand oder als Kondensator ausgebildet ist. Insbesondere kann ein handelsüblicher einfacher bedrahteter Widerstand anstelle eines teuren SMD- Widerstands verwendet werden. Unter einem diskreten Bauelement wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein einzelnes, in einem eigenen Gehäuse befindliches elektrisches Wirkelement mit eigenen äußeren
Anschlüssen bezeichnet. Der Einsatz des Kondensators anstelle des
Widerstands hat den Vorteil, dass er wirksam gegen kapazitiv eingekoppelte Wechselspannungen wirkt, die beispielsweise durch eine pulsweitenmodulierte Stromregelung der Läuferspule entstehen können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Kondensator und ein Widerstand als diskrete Bauelemente parallel zueinander verschaltet sind, um sowohl für kontinuierliche statische Aufladungen als auch für die kapazitive Einkopplungen die Sicherheit der Schleifringbaugruppe zu erhöhen. Alternativ zu dem parallelen Verbau ist gemäß einer weiteren Ausführungsform bevorzugt vorgesehen, dass ein mit einem Leitlack (Karbonlack) beschichteter Kondensator als einziges diskretes Bauelement vorgesehen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Leiterelement als Leiterdraht oder Leiterschiene ausgebildet ist, der oder die zumindest im Wesentlichen von dem Trägerteil eingehaust ist, wobei das Trägerteil eine randoffene Aussparung aufweist, in welcher das diskrete
Bauelement eingesetzt ist. Das zweite Leiterelement sowie das diskrete
Bauelement sind somit innerhalb des Trägerteils angeordnet, wodurch eine kompaktbauende Schleifringbaugruppe erhalten wird. Darüber hinaus sind das zweite Leitelement sowie das diskrete Bauteil innerhalb des Trägerteils auf einfache Art und Weise von äußeren Einflüssen geschützt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Trägerteil um ein Spritzgussteil, insbesondere um ein Kunststoffspritzteil, das um zumindest das zweite Leiterelement wenigstens im Wesentlichen herumgespritzt ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Aussparung des Trägerteils ein an dem Trägerteil befestigbares oder befestigtes Deckelelement zugeordnet ist. Das Deckelelement verschließt die Aussparung nach außen und ist insbesondere in oder an der Aussparung verrastet. Bevorzugt weisen das Deckelelement und/oder das Trägerteil entsprechende Rastmittel, beispielsweise wie in
Aussparungen eingreifende Rastnasen, auf. Vorzugsweise wird das
Deckelelement an dem Trägerteil zusätzlich oder alternativ verklebt oder verschweißt. Das Deckelelement sichert insbesondere das diskrete Bauteil bei hohen Umdrehungen davor, sich von dem Trägerteil aufgrund der Zentrifugalkraft zu lösen. Dazu ist das Deckelelement entsprechend bevorzugt derart
ausgebildet, dass es das diskrete Bauelement zumindest im Wesentlichen spielfrei in der Aussparung hält.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Anschlusselement als Anschlussdraht ausgebildet ist, der an seinem freien Ende einen Federabschnitt zur Anlage an dem Wälzkörperlager aufweist. Unter dem freien Ende wird insofern das von dem diskreten Bauelement abgewandte Ende des
Anschlussdrahtes verstanden. Anstelle eines Anschlussdrahtes ist es gemäß einer alternativen Ausführungsform bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Anschlusselement als Anschlussschiene ausgebildet ist. Durch eine
entsprechende Formgebung der Anschlussschiene kann auch diese an ihrem freien Ende mit einem Federabschnitt versehen sein. Der Federabschnitt des zweiten Anschlusselements dient dazu, das Wälzkörperlager sicher durch einen
Berührungskontakt zu kontaktieren. Insbesondere ist der Federabschnitt derart ausgebildet und/oder ausgerichtet, dass er axial bezüglich des Trägerteils federnd wirkt, sodass der Federabschnitt das Wälzkörperlager an einer Stirnseite kontaktiert. Alternativ wäre es denkbar, den Federabstand radial bezüglich des Wälzkörperlagers, insbesondere bezüglich eines Innenrings des
Wälzkörperlagers in dem Trägerteil vorzusehen, sodass das Wälzkörperlager bei der Montage auf den Federabschnitt aufgeschoben und radial von innen von dem Federabschnitt kontaktiert wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Anschlusselement als Federelement ausgebildet ist, das zwischen dem Wälzkörperlager und dem diskreten Bauteil verspannbar in einer Aufnahme des Trägerteils gehalten ist. Das Federelement wird somit in einer Aufnahme eingesetzt, in der ebenso zumindest ein Anschlusskontakt des diskreten Bauteils zur Kontaktierung des Federelements liegt. Bei dem Anschlusskontakt handelt es sich bevorzugt um einen Anschlussdraht des diskreten Bauelements, der sich insbesondere sich über den Boden der Aufnahme erstreckt. Wird das
Federelement in die Aufnahme eingesetzt, so liegt es einseitig an dem
Kontaktdraht und andersseitig an dem Wälzkörperlager an. Durch den
Federkontakt wird eine sichere elektrische Kontaktierung über eine hohe
Lebensdauer hinweg gewährleistet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Federelement direkt gegen das Bauteil beziehungsweise eine Kontaktfläche des Bauteils gedrängt ist, welches ebenfalls in der Aufnahme liegt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das erste Anschlusselement als Anschlusslasche ausgebildet ist, die wenigstens eine Kontaktstelle zur
Berührungskontaktierung des zweiten Leiterelements oder des diskreten
Bauelements aufweist. Das diskrete Bauteil kann auch direkt mit dem ersten Anschlusselement elektrisch verbunden sein. Dabei bildet dann beispielsweise eine Kontaktfläche oder ein Kontaktanschluss des zweiten Bauelements das zweite Leiterelement. Durch die direkte Verbindung kann beispielsweise Material an dem zweiten Leiterelement gespart werden und der elektrische Pfad wird verkürzt.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kontaktstelle von einer elastisch verformbaren und einstückig mit der Kontaktlasche ausgebildeten
Federkontaktzunge gebildet wird. Zweckmäßigerweise weist die
Anschlusskontaktlasche einen Abschnitt auf, der zur Seite gebogen ist, und dadurch eine elastisch federnde Eigenschaft erhält. Dieser Abschnitt bildet die Kontaktstelle für das diskrete Bauelement oder das zweite Leiterelement.
Hierdurch wird auf einfache Art und Weise bereits an dem ersten
Anschlusselement eine Federkraft bereitgestellt, die die sichere elektrische Kontaktierung des diskreten Bauelements mit dem ersten Anschlusselement und mit dem Wälzkörperlager garantiert. Insbesondere ist vorgesehen, dass das diskrete Bauteil direkt zwischen der Federkontaktzunge und dem
Wälzkörperlager, insbesondere dem Innenring des Wälzkörperlagers, verspannt gehalten beziehungsweise haltbar ist. Das zweite Leiterelement wird dann wiederum durch die Kontaktfläche oder ein Kontaktelement des diskreten Bauelements gebildet. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das diskrete Bauelement in einem Gehäuse, insbesondere in einem Kunststoffgehäuse angeordnet ist, das in das Trägerteil einsetzbar/eingesetzt ist. Das diskrete Bauelement selbst ist somit auch eingehaust, wobei das Gehäuse vorzugsweise als Umspritzung ausgebildet ist. Dadurch ist das diskrete Bauelement leichter handhabbar und montierbar. Vorzugsweise ist das diskrete Bauteil derart eingehaust, dass seine
Kontaktanschlüsse, wie beispielsweise eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche, von der Umspritzung ausgenommen und damit kontaktierbar sind. Zweckmäßigerweise weist der Trägerteil eine Aussparung, insbesondere Axialaussparung, zur Aufnahme und Lagerung des Gehäuses auf.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der
Schleifringbaugruppe aus. Es ergeben sich dadurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich ebenfalls aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 eine elektrische Maschine in einer Schnittdarstellung,
Figur 2 eine Schleifringbaugruppe der elektrischen Maschine in einer
Längsschnittdarstellung,
Figur 3 die Schleifringbaugruppe gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Figur 4 die Schleifringbaugruppe gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Figuren 5 und 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Schleifringbaugruppe und
Figuren 7 und 8 ein viertes Ausführungsbeispiel der Schleifringbaugruppe in unterschiedlichen Ansichten. Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 1, die als Drehstromgenerator für Kraftfahrzeuge ausgebildet ist. Die elektrische Maschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das zweiteilig ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 weist als Gehäuseteile ein antriebsseitiges Lagerschild 3 sowie ein bürstenseitiges Lagerschild 4 auf.
Zwischen diesen beiden Gehäuseteilen 9 und 4 ist mittels Gehäuseschrauben 5 ein Stator 6 gehalten. Der Stator 6 weist ein Ständerblechpaket 7 auf, in dessen hier nicht dargestellten Nuten eine Ständerwicklung 8 eingesetzt ist. Von dieser Ständerwicklung 8 sind ein antriebsseitiger Wickelkopf 9 und ein bürstenseitiger Wickelkopf 10 zu erkennen. Innerhalb des Ständerblechpakets 7 ist ein Rotor 11 angeordnet. Der Rotor ist über eine Welle 12 sowohl im Antriebslagerschild 3 als auch im bürstenseitigen Lagerschild 4 mittels zweier Wälzkörperlager 13 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert. Zwischen den beiden Wälzkörperlagern 13, 14 sind magnetische Teile des Rotors 11 positioniert. Zwischen einer ersten Polradhälfte 15 und einer zweiten Polradhälfte 16 ist ein Polkern 17 angeordnet. Um den
Polkern 17 herum ist eine Erregerwicklung 18 angeordnet. Die Polradhälfte 15, der Polkern 17, die Erregerwicklung 18 und die Polradhälfte 16 sind auf der Welle 12 drehfest angeordnet. Auf der Seite der Polradhälfte 15, die von der Erregerwicklung 18 abgewandt ist, ist ein erster Lüfter 19 und auf der entsprechenden Gegenseite an der anderen Polradhälfte 16 ein zweiter Lüfter 20 vorgesehen. Beide Lüfter dienen dazu, aus axialer Richtung Luft anzusaugen und diese durch Öffnungen in den Wickelköpfen 9, 10 durchzublasen und durch hier nicht gezeigte radial außen angeordnete Öffnungen des Gehäuses 2 nach der Erwärmung an die Umgebung abzugeben.
An einem antriebsseitigen Ende 21 der Welle 12 ist mittels einer
Schraubenmutter eine Riemenscheibe 22 angeordnet. Diese Riemenscheibe 22 dient dazu, den Rotor 11 mittels eines Riemens 23 zu drehen. Am
bürstenseitigen Ende der Welle 12 ist eine Schleifringbaugruppe 24 angeordnet. Die Schleifringbaugruppe 24 dient dazu, mittels zweier Schleifringe 25
(Minusschleifring) und 26 (Plusschleifring) die Erregerwicklung 18 zu bestromen. Dazu sind als weitere Verbindungselemente ein erstes Leiterelement 27 zwischen dem Schleifring 25 und einem Ende der Erregerwicklung 18 und ein weiteres Leiterelement 28 zwischen dem Schleifring 26 und dem anderen Ende der Erregerwicklung 18 vorgesehen. Zur Bestromung der Erregerwicklung 18 gleiten auf den genannten Schleifringen 25, 26 hier nicht näher dargestellte Bürsten, die durch einen Regler 29 mit Erregerstrom belastet werden. Des Weiteren ist ein üblicher Gleichrichter 30 vorgesehen, der mittels einer
Schutzkappe bedeckt ist.
Figur 2 zeigt in einer Längsschnittdarstellung die Schleifringbaugruppe 24, wie sie in der zuvor beschriebenen elektrischen Maschine 1 verwendet wird. Die Schleifringbaugruppe 24 trägt die bereits erwähnten Schleifringe 25 und 26. Die beiden Schleifringe 25, 26 werden von einem Trägerteil 31 getragen, das ein komplexes, durch ein Spritzgussverfahren hergestelltes Gebilde aus einem elektrisch isolierenden Stoff darstellt. Das Trägerteil 31 weist eine im
Wesentlichen hohlwellenförmige Ausbildung auf. Die hohlwellenartige Ausbildung des Trägerteils 31 dient zur Aufnahme eines wellenseitigen Zapfens der Welle 12. Im Wesentlichen im Inneren verborgen sind das erste Leiterelement 27 und das weitere Leiterelement 28 von einem Material des Trägerteils 31 umspritzt angeordnet. Das erste Leiterelement 27 ist einendig mit dem Schleifring 25 verbunden und weist andersendig ein erstes Anschlusselement 32 auf, das als Kontaktfahne oder Anschlussflansch ausgebildet ist und bereichsweise aus dem Material des Trägerteils 31 herausragt, sodass es elektrisch durch die
Erregerspule kontaktiert werden kann. Entsprechend ist der weitere
Verbindungsleiter 28 einendig mit dem Schleifring 26 verbunden und weist andersendig ein dem Anschlusselement 32 entsprechendes Anschlusselement 33 auf, das ebenfalls als Kontaktfahne beziehungsweise Anschlussflansch ausgebildet ist, der bereichsweise aus dem Trägerteil 31 herausragt und zum Kontaktieren der Erregerwicklung 18 dient.
Auf seiner Mantelaußenwand weist das Trägerteil 31 einen Abschnitt 34 auf, der zur Aufnahme eines oder mehrerer Wälzkörperlager dient. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf den Abschnitt 34 das Wälzkörperlager 14
angeordnet, wie aus Figur 1 ersichtlich, wobei ein Innenring des
Wälzkörperlagers 14 axial auf das Trägerteil 31 bis zu einem durch das Trägerteil 31 gebildeten Axialanschlag 35 aufgeschoben beziehungsweise aufgepresst ist. Der Anschlag 35 liegt somit zwischen den Anschlusselement 32, 33 und dem Wälzkörperlager 14. Figur 3 zeigt ein erstes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der
Schleifringbaugruppe 24 in einer vereinfachten Seitenansicht. Das
Wälzkörperlager 14 ist dabei auf das Trägerteil 31 bis zu dem Anschlag 35 axial aufgeschoben. In dem Axialabschnitt, in welchem auch die Anschlusselement 32, 33 vorgesehen sind, weist das Trägerteil in seiner Mantelaußenwand eine
Aussparung 36 auf, die als Radialvertiefung ausgebildet ist. In der Aussparung 36 ist ein diskretes elektrisches Bauelement 37, das gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Widerstand ausgebildet ist, angeordnet. Ein zweites elektrisches Leiterelement 38, das mit einem Ende mit dem Anschlusselement 32 beziehungsweise mit dem ersten Leiterelement 27 verbunden ist, ist ebenfalls im
Wesentlichen durch das Trägerteil 31 eingehaust und führt durch dieses verborgen hindurch bis in die Aussparung 36, um dort das Bauelement 37 elektrisch zu kontaktieren.
Das Bauelement 37 ist weiterhin mit einem zweiten Anschlusselement 39 verbunden, das zur Kontaktierung des Innenrings des Wälzkörperlagers 14 dient. Das zweite Anschlusselement 39 ist dabei als Federelement ausgebildet, vorliegend als Spiral- oder Schraubenfeder, das in einer weiteren Aussparung 40 in dem Trägerteil 31 angeordnet ist. Die zweite Aussparung 40 ist dabei axial offen ausgebildet, sodass das Federelement 39 axial von dem Trägerteil 31 von dem Anschlag 35 vorsteht. Wird das Wälzkörperlager 14 auf das Trägerteil 31 aufgeschoben, so wird es gegen das Federelement 39 gedrängt, sodass dieses sich elastisch verformt beziehungsweise komprimiert. Durch diese Vorspannung wird ein sicheres Kontaktieren des Innenrings des Wälzkörperlagers 14 dauerhaft gewährleistet. Das Federelement 39 ist zweckmäßigerweise elektrisch leitend ausgebildet und auf der dem Wälzkörperlager 14 gegenüberliegenden Seite mit dem diskreten Bauelement 37 verbunden. So ist beispielsweise vorgesehen, dass das dem Wälzkörperlager 14 abgewandte Ende des Federelements 39 mit einem Anschlussdraht 41 des diskreten Bauelements 37 verbunden ist. Der Anschlussdraht 41 kann dabei beispielsweise zwischen dem Federelement 39 und dem Trägerteil 31 axial verspannt sein.
Die Aussparung 36 ist zweckmäßigerweise durch ein Deckelelement 42 radial nach außen verschlossen, sodass das Bauelement 37 auch bei hohen
Drehgeschwindigkeiten sicher in der Aussparung 36 gehalten ist. Das Deckelelement 42 ist dazu bevorzugt verrastet in der Aussparung 36 gehalten. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das Deckelelement 42 in der Aussparung verschweißt oder verklebt ist. Besonders bevorzugt ist die Aussparung 36 derart tief ausgebildet, dass das diskrete Bauelement 37 in der Aussparung 36 zwischen dem Boden der Aussparung und dem Deckelelement
42 im Wesentlichen spielfrei gehalten ist, um unter anderem auch störende Geräusche zu vermeiden.
Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorteilhaften Weiterbildung der Schleifringbaugruppe 24. Im Unterschied zu dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel ist nunmehr vorgesehen, dass das zweite
Anschlusselement 39 durch einen Federabschnitt eines Anschlussdrahts 41 des Bauelements 37 gebildet wird. Dabei ragt der Anschlussdraht 41 im
Wesentlichen radial aus dem Trägerteil 31 zwischen dem Anschlusselement 33 und dem Wälzkörperlager 14 heraus, wobei es zu dem Wälzkörperlager 14 hin geneigt ist und am Ende eine Biegung zur Bildung des Federabschnitts 43 aufweist, sodass das Ende des Anschlussdrahtes 41 gegen das
Wälzkörperlagern 14 vorgespannt ist. Die Biegung befindet sich dabei im
Wesentlichen auf Höhe des Innenrings des Wälzkörperlagers 14, um diesen axial mit der Federkraft zu beaufschlagen, sodass der elektrische Kontakt von dem
Innenring des Wälzkörperlagers 14 zu dem Bauelement 37 und der
Erregerwicklung über das Anschlusselement 32 dauerhaft gewährleistet ist.
Figuren 5 und 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel. Während das
Bauelement 37 in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen tangential an dem
Trägerteil 31 angeordnet ist, sieht das Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 vor, dass das Bauelement 37 axial ausgerichtet ist. Das Bauelement 37, das in diesem Fall als Widerstand ausgebildet ist, weist an seinen beiden Enden jeweils eine Kontaktfläche 44 beziehungsweise 45 auf. Das Anschlusselement 32 weist eine Kontaktstelle 46 auf, gegen welche das Bauelement 37 mit der
Kontaktfläche 45 angedrückt ist, um einen elektrischen Kontakt zu dem ersten Leiterelement 27 herzustellen. Zweckmäßigerweise weist dazu das Trägerteil 31 eine entsprechende Axialaussparung auf, in welche das Bauelement 37 einsteckbar ist. Zur besseren Handhabung des Bauelements 37 ist dieses in einem Gehäuse 47 angeordnet, das als Umspritzung ausgebildet ist, wobei die Kontaktflächen 45, 44 von der Umspritzung ausgespart sind. Das Gehäuse 47 weist einen im Wesentlichen bogenförmigen Querschnitt auf, wobei das
Bauelement 37 mittig darin angeordnet ist. Wie am besten aus Figur 6 ersichtlich, weist das Trägerteil 31 eine Aussparung 48 auf, die eine Kontur aufweist, die im Wesentlichen der Kontur des Gehäuses 47 entspricht, sodass das Gehäuse 47 mitsamt dem Bauelement 37 in die Aussparung 48 axial einschiebbar ist, um das Anschlusselement 32 elektrisch zu kontaktieren. Die dem Anschlusselement 32 abgewandte Kontaktfläche 44 des Bauelements 37 ragt dabei axial über den Anschlag 35 hinaus, sodass ein sicherer Berührungskontakt des Bauelements 37 beziehungsweise dessen Kontaktfläche 44 mit dem Innenring des
Wälzkörperlagers 14 gewährleistet ist, sobald dieses auf das Trägerteil 31 aufgeschoben wurde. Die Kontaktfläche 45, die beispielsweise von einer elektrisch leitfähigen Kappe des Bauelements 37 gebildet wird, stellt insofern den zweiten elektrischen Leiter dar, wobei eine die Kontaktfläche 44 bildende entsprechende Gehäusekappe des Bauelements 37 den zuvor beschriebenen Anschlussdraht ersetzt.
Figuren 7 und 8 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Schleifringbaugruppe 24, bei welchem gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel das
Bauelement 37 axial in seiner Längserstreckung an dem Trägerteil 31
angeordnet ist. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist dabei jedoch vorgesehen, dass das Anschlusselement 32 eine umgebogene Federkontaktzunge 49 aufweist, welche die Kontaktstelle 46 an ihrem freien Ende bildet. Das Bauelement 37 ist somit nicht mittig an der Kontaktfahne angeordnet, sondern seitlich versetzt dazu. Durch die umgebogene
Federkontaktzunge 49 wird dabei eine Federkraft bereitgestellt, welche den sicheren Anlagekontakt des Bauelements 37 mit der Kontaktfläche 44 an dem Wälzkörperlager 14 gewährleistet. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass das Wälzkörperlager 14 sicher bis an den Anschlag 35 auf das Trägerteil 31 aufschiebbar ist, da das Bauelement 37 aufgrund der elastischen Verformbarkeit der Federkontaktzunge 49 axial zurückweichen kann.
Wie in Figuren 7 und 8 gezeigt, ist dabei das Gehäuse 47 bevorzugt
asymmetrisch ausgebildet, um beispielsweise eine optimale Anpassung an Bauraumverhältnisse zu ermöglichen. Die Aussparung 48 des Trägerteils 31 ist entsprechend konturiert.

Claims

Ansprüche
1. Schleifringbaugruppe (24) für einen Rotor (11) einer elektrischen Maschine (1), mit einem Trägerteil (31) aus einem Isoliermaterial, auf dem mindestens ein erster Schleifring (24) und wenigstens ein erstes elektrisch leitfähiges Anschlusselement (32) für eine Wicklung der elektrischen Maschine (1) fest angeordnet sind, wobei der Schleifring (25) und das Anschlusselement (32) durch ein erstes elektrisches Leiterelement (27) miteinander verbunden sind, und wobei ein zweites elektrisches Leiterelement (38) vorgesehen ist, das das erste Leiterelement (27) mit einem zweiten elektrisch leitfähigen
Anschlusselement (39) für ein auf dem Trägerteil (31)
anordenbares/angeordnetes Wälzkörperlager (14) verbindet, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Leiterelement (38) und dem zweiten Anschlusselement (39) mindestens ein diskretes Bauelement (37) zwischengeschaltet ist.
2. Schleifringbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das diskrete Bauelement (37) als Widerstand oder als Kondensator ausgebildet ist.
3. Schleifringbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Leiterelement (38) als Leiterdraht oder Leiterschiene ausgebildet und zumindest im Wesentlichen von dem
Trägerteil (31) eingehaust ist, wobei das Trägerteil (31) eine randoffene
Aussparung (36,48) aufweist, in welcher das diskrete Bauelement (37) eingesetzt ist.
4. Schleifringbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussparung (36) ein an dem Trägerteil (31) befestigbares Deckelement (47) zugeordnet ist.
5. Schleifringbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Anschlusselement (39) als
Anschlussdraht ausgebildet ist, der an seinem freien Ende einen Federabschnitt (43) zur Anlage an dem Wälzkörperlager (14) aufweist.
6. Schleifringbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Anschlusselement (39) als
Federelement ausgebildet ist, das zwischen dem Wälzkörperlager (14) und dem Bauelement (37) oder einem Anschlusskontakt des Bauelements (37) verspannbar in einer Aussparung (40) des Trägerteils (31) gehalten ist.
7. Schleifringbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anschlusselement (32) als
Anschlusslasche ausgebildet ist, die wenigstens eine Kontaktstelle (46) zur Berührungskontaktierung des zweiten Leiterelements (38) oder des Bauelements
(37) aufweist.
8. Schleifringbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle (46) durch eine elastisch verformbare und einstückig mit dem Anschlusselement (32) ausgebildete
Federzunge (49) gebildet wird.
9. Schleifringbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das diskrete Bauelement (37) in einem
Gehäuse (47) angeordnet ist, das in eine Aussparung (48) des Trägerteils (31) insbesondere axial einsetzbar/eingesetzt ist.
10. Elektrische Maschine (1), insbesondere Drehstromerzeuger für
Kraftfahrzeuge, mit einem Rotor (11), der eine Erregerspule (18) sowie eine Schleifringbaugruppe (24) trägt, gekennzeichnet durch die Ausbildung der
Schleifringbaugruppe (24) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
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