WO2020148014A1 - Passiv gekühltes bürstenmodul für ein schleifringsystem einer stromerregten elektrischen maschine, elektrische maschine sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Passiv gekühltes bürstenmodul für ein schleifringsystem einer stromerregten elektrischen maschine, elektrische maschine sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2020148014A1
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holding device
heat
rotor
brush module
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Andreas Huber
Philip Moerth
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a brush module for a slip ring system of a current-excited electrical machine for a motor vehicle for energizing a rotor of the electrical machine, the brush module being able to be fixed to a component of the electrical machine which is mounted in a stationary manner with respect to the rotor.
  • the brush module has at least one brush holder with at least one quiver and at least one brush, the brush being arranged in the quiver and one for energizing the rotor
  • the brush module has a holding device made of an electrically insulating material for holding the brush holder, which has at least one fixing area for fixing the brush module to the component.
  • the invention also relates to a current-excited electrical machine and a motor vehicle.
  • Hybrid vehicles are used.
  • External-excited electrical machines have a fixedly mounted stator with energizable stator windings and a rotor rotatably mounted with respect to the stator with energizable rotor windings.
  • the electrical machine can be designed as an inner rotor machine, in which the stator encloses the rotor, or as an outer rotor machine, in which the rotor encloses the stator.
  • a slip ring system which has at least one slip ring and one, is usually used to energize the rotor windings
  • the slip ring is arranged in a rotationally fixed manner on the rotor, for example on a shaft of the rotor, and can thus rotate together with the rotor.
  • the brush module is arranged in a fixed position with respect to the rotor and
  • the brush module has a brush holder with brushes.
  • the brushes and the slip ring form an electrical sliding contact or sliding contact, through which current to the
  • Rotor windings of the rotating rotor can be transmitted.
  • a brush module according to the invention for a slip ring system of a current-excited electrical machine for a motor vehicle is used to energize a rotor of the electrical machine.
  • the brush module can be fixed to a component of the electrical machine that is fixed in relation to the rotor.
  • the brush module has at least one brush holder with at least one holder and at least one brush, the brush being arranged in the holder and forming a sliding contact with a slip ring of the slip ring system arranged on the rotor for energizing the rotor.
  • the brush module has a holding device made of an electrically insulating material for holding the brush holder, which has at least one fixing area for fixing the brush module to the component.
  • the brush module has a heat-conducting core which is enclosed in the holding device and which, in order to dissipate heat from the brush module to the component, at least in the fixing region which can be coupled to the component
  • the invention also relates to a current-excited electrical machine comprising a stator, a rotor rotatably mounted with respect to the stator and a slip ring system with at least one slip ring and at least one according to the invention
  • the at least one slip ring is arranged in a rotationally fixed manner on the rotor and the at least one brush module is arranged in a stationary manner with respect to the rotor and is fastened to a component of the electrical machine.
  • the component is preferably a housing of the electrical machine.
  • the electrical machine is a current-excited or externally excited electrical machine, which can be used, for example, as a traction machine for an electrically drivable motor vehicle.
  • the rotor has at least one rotor winding or excitation winding, which must be supplied with current in order to operate the electrical machine. Since the rotor rotates with respect to the stator, the slip ring system with the at least one slip ring and the brush module is used to transmit current to the rotor winding.
  • the slip ring is fastened on the rotor, for example on a shaft of the rotor, in a rotationally fixed manner and can rotate together with the rotor.
  • the brush module is mounted stationary with respect to the rotor and the slip ring and is in particular fixed to the housing of the electrical machine.
  • the brush module has the holding device, which consists of an electrical
  • the holding device has the at least one fixing area, for example in the form of a screw hole, via which the holding device and thus the entire brush module can be attached to the component, for example the housing of the electrical machine.
  • the holding device also serves to hold the brush holder and to electrically isolate the brush holder, which is in particular made of a metallic material, for example brass, from the component of the electrical machine.
  • the at least one quiver in which the at least one brush or grinding carbon is arranged is fastened to the brush holder.
  • the at least one quiver is fastened to the brush holder, for example by crimping and / or latching, and in particular is likewise formed from an electrically conductive material.
  • the brush faces the slip ring and forms an electrical sliding contact, via which current can be transmitted to the rotor winding through the excitation winding when the rotor is rotating.
  • the current can be supplied to the brushes via lines which can be electrically connected to the electrically conductive brush holder.
  • ends of the lines can have cable lugs which lead to the electrical connection with the brush holder can be screwed onto the brush holder.
  • the brush module has the heat-conducting core or thermally conductive core.
  • the heat-conducting core is formed in particular from a metallic and therefore good heat-conductive material, preferably from aluminum. In order to electrically isolate the thermally and electrically conductive heat-conducting core from the brush holder, it is enclosed in the holding device. In other words, electrically insulating material of the holding device is arranged between the brush holder and the heat-conducting core.
  • the heat-conducting core is therefore encased at least in regions by the holding device and thus electrically insulated from the brush holder.
  • the heat-conducting core serves to form a heat-conducting path from the brushes to the component, which has a reduced thermal resistance in comparison to a heat-conducting path via plastic. The heat-conducting core thus improves the heat transfer from the brushes to the component and thus the passive cooling of the brushes.
  • the heat-conducting core can be brought into contact with the component by exposing the heat-conducting core in the fixing area of the holding device.
  • the heat-conducting core can be in direct contact with a fixative
  • the heat conducting core can be in direct contact with the component by being in direct contact with the component.
  • the heat can be given off to the component via this heat conduction path, which leads from the brushes via the heat conduction core to the component.
  • the heat transfer to the component in the form of the housing of the electrical machine is particularly advantageous since the housing is usually actively cooled anyway for cooling the electric machine.
  • the holding device, the at least one brush holder and the heat-conducting core are each plate-shaped and each have a through opening for the rotor, the at least one
  • Brush holder is arranged on a surface of the holding device and at least partially overlapping with the heat-conducting core enclosed in the holding device.
  • the holding device and the heat-conducting core preferably have a triangular shape, the holding device having three arranged at corners of the triangular shape Has fixation areas.
  • the holding device is therefore fixed at three points, namely its corners.
  • the through openings of the holding device, the at least one brush holder and the heat-conducting core are arranged in alignment with one another so that the shaft of the rotor carrying the at least one slip ring can be passed through.
  • the at least one brush holder is arranged on one of the surfaces of the holding device. An area of the brush holder is in particular smaller than an area of the holding device.
  • the brush holder is arranged on an edge of the through opening, so that the brush projects into the through opening.
  • the at least one brush holder has in particular three quivers, which are arranged distributed around the through opening.
  • the brush module has two brush holders, each with at least one holder and one brush, a first brush holder being arranged on a first surface in the form of an upper side of the holding device and a second one
  • Brush holder is arranged on a second surface opposite the first surface in the form of an underside of the holding device and wherein the
  • Holding device is arranged.
  • the plate-shaped heat-conducting core can be extrusion-coated, for example, by a plastic material forming the holding device.
  • An area of the plate-shaped heat-conducting core is larger than the area of the brush holder.
  • An upper side and an underside of the heat-conducting core are covered by the material of the holding device at least in the area overlapping with the brush holder.
  • Side areas of the heat-conducting core are in particular completely covered by the material of the holding device. Only in the fixing area of the holding device, for example in an edge area of the plate-shaped
  • the heat conducting core is exposed and can dissipate the heat directly and / or indirectly to the component.
  • the fixing area is preferably designed as a screw hole and the
  • the heat-conducting core has a sheathing around the screw hole, which extends from an upper side of the holding device to a lower side of the holding device
  • the heat-conducting core is thermally coupled to the component via the screw.
  • the heat-conducting core is therefore exposed in the area of the screw hole and forms an inside of the Screw hole.
  • the heat-conducting core is also raised in the fixing area of the holding device, so that the heat-conducting core is thus additionally on the top and the bottom of the
  • the at least one brush holder is formed from an electrically conductive material and fastened to the holding device by means of at least one electrically conductive fastening means, the heat-conducting core arranged within the holding device having at least one through-hole through which the at least one fastening means, without the heat-conducting core touching is done.
  • the fastening means is in particular a rivet by means of which the brush holder is riveted to the holding device.
  • the brush holder has at least one rivet hole.
  • Holding device is arranged to prevent the heat-conducting core
  • the at least one through hole is arranged in alignment with the rivet hole.
  • the fastening means can thus be arranged in the holding device without touching the thermally and electrically conductive heat-conducting core.
  • the invention also includes a motor vehicle with a current-excited electrical machine according to the invention.
  • the motor vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and has the electrical machine as a traction machine or drive machine.
  • Embodiments and their advantages apply accordingly to the electrical machine according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • Fig. 2 is a perspective view of a holding device and a
  • the brush module 1 shows a brush module 1 for a slip ring system of a current-excited electrical machine of a motor vehicle, not shown here.
  • the brush module 1 is arranged stationary with respect to a rotor of the electrical machine and transmits electrical energy to energize rotor windings of the rotor to at least one slip ring of the slip ring system, which is arranged on the rotor.
  • Brush module 1 here has two brush holders 2, which are designed as metallic plates with through openings 3 for carrying out a shaft of the rotor that carries the slip ring.
  • Each brush holder 2 has quivers, not shown, which are attached to the brush holder 2.
  • the brush holder 2 can have latching holes 4, which latch with latching lugs of the quiver.
  • the quiver form pockets for brushes, not shown here.
  • a brush is arranged in each case, which is electrically connected to the brush holder 2 and forms an electrical sliding contact with the slip ring.
  • the brush holder 2 have connections 5, which are designed here as screw connections. Electrical lines can be connected to these screw connections by means of cable lugs, which supply the brush holder 2 and thus the brushes with a current. This current is from the brushes to the slip ring of the rotor and from that
  • the brush module 1 also has a holding device 6, which is formed from an electrically insulating material, for example plastic.
  • the Holding device 6 is also plate-shaped with the through hole 3 and has an upper side 7 and an underside 8 opposite the upper side 7.
  • a first brush holder 2 is fastened lying on top 7 and a second brush holder 2 is fastened lying on bottom 8.
  • the brush holders 2 here have rivet holes 9, via which the brush holders 2 are riveted to the holding device 6 by means of rivets, not shown here.
  • the holding device 6 here has three
  • Fixing areas 10 which are designed here as screw holes or screw bushings.
  • fixing means for example by means of screws or bolts, the holding device 6 and thus the brush module 1 can be attached to a component of the electrical machine, for example to a housing of the electrical machine.
  • the brush module 1 also has a heat-conducting core 11 made of a thermally conductive material, which is designed to dissipate a heat produced by the brushes during operation of the electrical machine.
  • the heat-conducting core 11 is enclosed in the holding device 6 or encased by the holding device 6.
  • the heat conducting core 1 1 is also plate-shaped with the through opening 3 and is electrically insulated from the brush holders 2 by the encasing holding device 6.
  • the holding device 6 is shown transparently for better visibility of the heat-conducting core 11 located therein. 2 shows the brush module 1 without the holding device 6.
  • the heat-conducting core 11 is exposed in the fixing regions 10, so that it is in thermal contact with the component when it is fixed to the component.
  • the heat-conducting core 11 has cylindrical areas 12 in the area of the fixing areas 10 of the holding device 6, which areas extend from the upper side 7 to the lower side 8 of the holding device 6.
  • the cylindrical region 12 is therefore exposed on the top 7 and the bottom 8 of the holding device 6 and also forms the inside of the screw hole. So if the brush module 1 is attached to the component of the electrical machine by means of the screws, the heat can be transferred via the
  • Screws are transferred to the component and the brush module 1 are thus passively cooled.
  • the heat-conducting core 11 is formed in particular from a metal, for example aluminum. Since the metal is both thermally and electrically conductive, it must be
  • the Heat-conducting core 11 through openings 13 which are arranged in alignment with the rivet holes 9 of the brush holder 2.
  • the rivets can be passed through these through openings 13 without touching the heat-conducting core 11 and thus making electrical contact.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bürstenmodul (1) für ein Schleifringsystem einer stromerregten elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug zum Bestromen eines Rotors der elektrischen Maschine, wobei das Bürstenmodul (1) an einer bezüglich des Rotors ortsfest gelagerten Komponente der elektrischen Maschine fixierbar ist. Das Bürstenmodul (1) weist zumindest einen Bürstenträger (2) mit zumindest einem Köcher und zumindest einer in dem Köcher angeordneten Bürste auf, welche einen Gleitkontakt mit einem an dem Rotor angeordneten Schleifring des Schleifringsystems ausbildet. Das Bürstenmodul (1) umfasst außerdem eine aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Halteeinrichtung (6) zum Halten des Bürstenträgers (2), welche zumindest einen Fixierungsbereich (10) zum Fixieren des Bürstenmoduls (1) an der Komponente aufweist, und einen in die Halteeinrichtung (6) eingeschlossenen Wärmeleitkern (11), welcher zur Wärmeabfuhr zumindest in dem mit der Komponente koppelbaren Fixierungsbereich (10) der Halteeinrichtung (6) freiliegend ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Passiv gekühltes Bürstenmodul für ein Schleifringsystem einer stromerregten elektrischen Maschine, elektrische Maschine sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Bürstenmodul für ein Schleifringsystem einer stromerregten elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug zum Bestromen eines Rotors der elektrischen Maschine, wobei das Bürstenmodul an einer bezüglich des Rotors ortsfest gelagerten Komponente der elektrischen Maschine fixierbar ist. Das Bürstenmodul weist zumindest einen Bürstenträger mit zumindest einem Köcher und zumindest einer Bürste auf, wobei die Bürste in dem Köcher angeordnet ist und zum Bestromen des Rotors einen
Gleitkontakt mit einem an dem Rotor angeordneten Schleifring des Schleifringsystems ausbildet. Außerdem weist das Bürstenmodul eine aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Halteeinrichtung zum Halten des Bürstenträgers auf, welche zumindest einen Fixierungsbereich zum Fixieren des Bürstenmoduls an der Komponente aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine stromerregte elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf stromerregte bzw. fremderregte elektrische Maschinen für Kraftfahrzeuge. Solche Maschinen können beispielsweise als
Antriebsmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder
Hybridfahrzeuge, eingesetzt werden. Fremderregte elektrische Maschinen weisen einen ortsfest gelagerten Stator mit bestrombaren Statorwicklungen sowie einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor mit bestrombaren Rotorwicklungen auf. Die elektrische Maschine kann als eine Innenläufer-Maschine ausgebildet sein, bei welcher der Stator den Rotor umschließt, oder als eine Außenläufer-Maschine ausgebildet sein, bei welcher der Rotor den Stator umschließt. Zum Bestromen der Rotorwicklungen wird üblicherweise ein Schleifringsystem verwendet, welches zumindest einen Schleifring und ein
Bürstenmodul aufweist. Der Schleifring wird drehfest an dem Rotor, beispielsweise an einer Welle des Rotors, angeordnet und kann sich somit gemeinsam mit dem Rotor drehen. Das Bürstenmodul wird ortsfest bezüglich des Rotors angeordnet und
beispielsweise an einem Gehäuse der elektrischen Maschine fixiert. Das Bürstenmodul weist dabei einen Bürstenträger mit Bürsten auf. Die Bürsten und der Schleifring bilden einen elektrischen Gleitkontakt bzw. Schleifkontakt, durch welchen Strom an die
Rotorwicklungen des sich drehenden Rotors übertragen werden kann.
Im Betrieb der elektrischen Maschine kann dabei eine verstärkte Wärmeentwicklung an den Bürsten stattfinden. Aus der DE 102 39 433 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem Bürstenträger, welcher aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, und mit wenigstens einer in einem Köcher angeordneten Bürste bekannt. Der Köcher ist aus einem leitenden Material hergestellt und freiliegend am Bürstenträger angeordnet. Durch diese freiliegende Anordnung des Köchers kann die Wärme zwar an die
Umgebung abgegeben werden, jedoch ist die maximal mögliche Kühlleistung beschränkt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders effiziente Kühlung für ein Schleifringsystem einer stromerregten elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bürstenmodul, eine elektrische Maschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen
Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Bürstenmodul für ein Schleifringsystem einer stromerregten elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug dient zum Bestromen eines Rotors der elektrischen Maschine. Das Bürstenmodul ist an einer bezüglich des Rotors ortsfest gelagerten Komponente der elektrischen Maschine fixierbar. Das Bürstenmodul weist zumindest einen Bürstenträger mit zumindest einem Köcher und zumindest einer Bürste auf, wobei die Bürste in dem Köcher angeordnet ist und zum Bestromen des Rotors einen Gleitkontakt mit einem an dem Rotor angeordneten Schleifring des Schleifringsystems ausbildet. Außerdem weist das Bürstenmodul eine aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Halteeinrichtung zum Halten des Bürstenträgers auf, welche zumindest einen Fixierungsbereich zum Fixieren des Bürstenmoduls an der Komponente aufweist. Darüber hinaus weist das Bürstenmodul einen in die Halteeinrichtung eingeschlossenen Wärmeleitkern auf, welcher zur Wärmeabfuhr von dem Bürstenmodul an die Komponente zumindest in dem mit der Komponente koppelbaren Fixierungsbereich der
Halteeinrichtung freiliegend ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine stromerregte elektrische Maschine aufweisend einen Stator, einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor und ein Schleifringsystem mit zumindest einem Schleifring und zumindest einem erfindungsgemäßen
Bürstenmodul. Der zumindest eine Schleifring ist drehfest an dem Rotor angeordnet und das zumindest eine Bürstenmodul ist ortsfest bezüglich des Rotors angeordnet und an einer Komponente der elektrischen Maschine befestigt. Die Komponente ist vorzugsweise ein Gehäuse der elektrischen Maschine.
Die elektrische Maschine ist eine stromerregte bzw. fremderregte elektrische Maschine, welche beispielsweise als Traktionsmaschine für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Bei einer stromerregten elektrischen Maschine weist der Rotor zumindest eine Rotorwicklung bzw. Erregerwicklung auf, welche zum Betreiben der elektrischen Maschine bestromt werden muss. Da sich der Rotor bezüglich des Stators dreht, wird zur Stromübertragung an die Rotorwicklung das Schleifringsystem mit dem zumindest einen Schleifring und dem Bürstenmodul eingesetzt. Der Schleifring wird dabei an dem Rotor, beispielsweise an einer Welle des Rotors, drehfest befestigt und kann sich gemeinsam mit dem Rotor drehen. Das Bürstenmodul ist ortsfest bezüglich des Rotors und des Schleifringes gelagert und ist dabei insbesondere an dem Gehäuse der elektrischen Maschine fixiert.
Das Bürstenmodul weist die Halteeinrichtung auf, welche aus einem elektrisch
isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt ist. Die Halteeinrichtung weist den zumindest einen Fixierungsbereich, beispielsweise in Form von einem Schraubloch, auf, über welchen die Halteeinrichtung und damit das gesamte Bürstenmodul an der Komponente, beispielsweise dem Gehäuse der elektrischen Maschine, befestigt werden kann. Die Halteeinrichtung dient außerdem zum Halten des Bürstenträgers und zum elektrischen Isolieren des Bürstenträgers, welcher insbesondere aus einem metallischen Material, beispielsweise Messing, hergestellt ist, von der Komponente der elektrischen Maschine. An dem Bürstenträger ist der zumindest eine Köcher befestigt, in welchem die zumindest eine Bürste bzw. Schleifkohle angeordnet ist. Der zumindest eine Köcher ist beispielsweise durch Crimpen und/oder Verrasten an dem Bürstenträger befestigt und ist insbesondere ebenfalls aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Die Bürste ist dabei dem Schleifring zugewandt und bildet einen elektrischen Gleitkontakt aus, über welchen bei rotierendem Rotor Strom durch die Erregerwicklung an die Rotorwicklung übertragen werden kann. Der Strom kann den Bürsten über Leitungen zugeführt werden, welche mit dem elektrisch leitfähigen Bürstenträger elektrisch verbunden werden können. Beispielsweise können Enden der Leitungen Kabelschuhe aufweisen, welche zum elektrischen Verbinden mit dem Bürstenträger an den Bürstenträger angeschraubt werden.
Um eine Wärme, welche im Betrieb der elektrischen Maschine an den Bürsten entsteht, effizient abführen zu können und damit das Bürstenmodul passiv kühlen zu können, weist das Bürstenmodul den Wärmeleitkern bzw. thermisch leitfähigen Kern auf. Der
Wärmeleitkern ist insbesondere aus einem metallischen und damit gut wärmeleitfähigen Material, vorzugsweise aus Aluminium, gebildet. Um den thermisch als auch elektrisch leitfähigen Wärmeleitkern elektrisch von dem Bürstenträger zu isolieren, ist er in die Halteeinrichtung eingeschlossen. Anders ausgedrückt ist zwischen dem Bürstenträger und dem Wärmeleitkern elektrisch isolierendes Material der Halteeinrichtung angeordnet. Der Wärmeleitkern ist also zumindest bereichsweise von der Halteeinrichtung ummantelt und damit elektrisch gegenüber dem Bürstenträger isoliert. Der Wärmeleitkern dient dazu, einen Wärmleitpfad von den Bürsten an die Komponente auszubilden, welcher einen im Vergleich zu einem Wärmeleitpfad über Kunststoff verringerten thermischen Widerstand aufweist. Der Wärmeleitkern verbessert also die Wärmeübertragung von den Bürsten an die Komponente und damit die passive Kühlung der Bürsten.
Dazu kann der Wärmeleitkern in Kontakt mit der Komponente gebracht werden, indem der Wärmeleitkern im Fixierungsbereich der Halteeinrichtung freiliegt. So kann der Wärmeleitkern beispielsweise in direktem Kontakt mit einem Fixierungsmittel,
beispielsweise einer Schraube oder einem Bolzen, gebracht werden, über welches das Bürstenmodul an der Komponente befestigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmleitkern über ein unmittelbares Anliegen an der Komponente in direktem Kontakt mit der Komponente stehen. Über diesen Wärmeleitpfad, welcher von den Bürsten über den Wärmeleitkern zu der Komponente führt, kann die Wärme an die Komponente abgegeben werden. Die Wärmeabgabe an die Komponente in Form von dem Gehäuse der elektrischen Maschine ist besonders vorteilhaft, da das Gehäuse üblicherweise zur Kühlung der E-Maschine ohnehin aktiv gekühlt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Halteeinrichtung, der zumindest eine Bürstenträger und der Wärmeleitkern jeweils plattenförmig ausgebildet und weisen jeweils eine Durchgangsöffnung für den Rotor auf, wobei der zumindest eine
Bürstenträger auf einer Oberfläche der Halteeinrichtung und zumindest bereichsweise überlappend mit dem in der Halteeinrichtung eingeschlossenen Wärmeleitkern angeordnet ist. Bevorzugt weisen die Halteeinrichtung und der Wärmeleitkern eine Dreieckform auf, wobei die Halteeinrichtung drei, an Ecken der Dreieckform angeordnete Fixierungsbereiche aufweist. Die Halteeinrichtung wird also an drei Punkten, nämlich ihren Ecken, fixiert. Die Durchgangsöffnungen der Halteeinrichtung, des zumindest einen Bürstenträgers und des Wärmeleitkerns sind dabei fluchtend zueinander angeordnet, sodass die den zumindest einen Schleifring tragende Welle des Rotors hindurchgeführt werden kann. Der zumindest eine Bürstenträger ist dabei auf einer der Oberflächen der Halteeinrichtung angeordnet. Eine Fläche des Bürstenträgers ist dabei insbesondere kleiner als eine Fläche der Halteeinrichtung. Der zumindest eine Köcher des
Bürstenträgers ist dabei an einem Rand der Durchgangsöffnung angeordnet, sodass die Bürste in die Durchgangsöffnung hineinragt. Der zumindest eine Bürstenträger weist dabei insbesondere drei Köcher auf, welche um die Durchgangsöffnung verteilt angeordnet sind.
Insbesondere weist das Bürstenmodul zwei Bürstenträger mit jeweils zumindest einem Köcher und einer Bürste auf, wobei ein erster Bürstenträger an einer ersten Oberfläche in Form von einer Oberseite der Halteeinrichtung angeordnet ist und ein zweiter
Bürstenträger an einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche in Form von einer Unterseite der Halteeinrichtung angeordnet ist und wobei der
Wärmeleitkern zwischen dem ersten und dem zweiten Bürstenträger in der
Halteeinrichtung angeordnet ist.
Zum Integrieren des plattenförmigen Wärmeleitkerns in die Halteeinrichtung kann dieser beispielsweise von einem die Halteeinrichtung ausbildenden Kunststoffmaterial umspritzt werden. Eine Fläche des plattenförmigen Wärmeleitkerns ist dabei größer als die Fläche des Bürstenträgers. Eine Oberseite und eine Unterseite des Wärmeleitkerns sind dabei zumindest in dem mit dem Bürstenträger überlappenden Bereich von dem Material der Halteeinrichtung bedecket. Seitenbereiche des Wärmeleitkerns sind insbesondere vollständig von dem Material der Halteeinrichtung bedeckt. Nur im Fixierungsbereich der Halteeinrichtung, beispielsweise in einem Randbereich der plattenförmigen
Halteeinrichtung, liegt der Wärmeleitkern frei und kann die Wärme unmittelbar und/oder mittelbar an die Komponente abführen.
Vorzugsweise ist der Fixierungsbereich als ein Schraubloch ausgebildet und der
Wärmeleitkern weist einen das Schraubloch ummantelnden, sich von einer Oberseite der Halteeinrichtung bis zu einer Unterseite der Halteeinrichtung erstreckenden
zylinderförmigen Bereich auf, sodass beim Fixieren des Bürstenmoduls mittels Schrauben der Wärmeleitkern über die Schraube mit der Komponente thermisch gekoppelt ist. Der Wärmeleitkern liegt also im Bereich des Schraublochs frei und bildet eine Innenseite des Schraubloches aus. Beim Durchführen der Schraube durch das Schraubloch und beim Anschrauben der Schraube an der Komponente wird die Wärme über den freiliegenden Wärmeleitkern und die Schraube an die Komponente abgeführt. Eine Dicke des
Wärmeleitkerns ist außerdem im Fixierungsbereich der Halteeinrichtung erhöht, sodass der Wärmeleitkern somit zusätzlich an der Oberseite und der Unterseite der
Halteeinrichtung freiliegt. An der Oberseite und der Unterseite ist also ein ringförmiger Teilbereich des freiliegenden Wärmeleitkerns sichtbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Bürstenträger aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet und mittels zumindest eines elektrisch leitfähigen Befestigungsmittels an der Halteeinrichtung befestigt, wobei der innerhalb der Halteeinrichtung angeordnete Wärmeleitkern zumindest ein Durchgangsloch aufweist, durch welches das zumindest eine Befestigungsmittels, ohne den Wärmeleitkern zu berühren, durchgeführt ist. Das Befestigungsmittel ist insbesondere ein Niet, mittels welchem der Bürstenträger an die Halteeinrichtung genietet wird. Dazu weist der Bürstenträger zumindest ein Nietloch auf. Um eine elektrische Verbindung zwischen dem Wärmeleitkern und dem Befestigungsmittel, welches bereichsweise in der
Halteeinrichtung angeordnet ist, zu verhindern, weist der Wärmeleitkern das
Durchgangsloch auf, dessen Durchmesser größer ist als ein Durchmesser des
Befestigungsmittels. Das zumindest eine Durchgangsloch ist dabei fluchtend zu dem Nietloch angeordnet. Das Befestigungsmittel kann somit, ohne den thermisch und elektrisch leitfähigen Wärmeleitkern zu berühren, in der Halteeinrichtung angeordnet werden.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen stromerregten elektrischen Maschine. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die elektrische Maschine als Traktionsmaschine bzw. Antriebsmaschine auf.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Bürstenmodul vorgestellten
Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Maschine sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Bürstenmoduls in einer Draufsicht, und
Fig. 2 eine Perspektivdarstellung einer Halteeinrichtung und eines
thermisch leitfähigen Wärmeleitkerns des Bürstenmoduls.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig.1 zeigt ein Bürstenmodul 1 für ein Schleifringsystem einer hier nicht gezeigten stromerregten elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs. Das Bürstenmodul 1 wird ortsfest bezüglich eines Rotors der elektrischen Maschine angeordnet und überträgt zum Bestromen von Rotorwicklungen des Rotors elektrische Energie an zumindest einen Schleifring des Schleifringsystems, welcher an dem Rotor angeordnet ist. Das
Bürstenmodul 1 weist hier zwei Bürstenträger 2 auf, welche als metallische Platten mit Durchgangsöffnungen 3 zum Durchführen einer den Schleifring tragenden Welle des Rotors ausgebildet sind. Jeder Bürstenträger 2 weist hier nicht dargestellte Köcher auf, welche an dem Bürstenträger 2 befestigt sind. Beispielsweise kann der Bürstenträger 2 Verrastungslöcher 4 aufweisen, welche mit Verrastungsnasen der Köcher verrasten. Die Köcher bilden Aufnahmetaschen für hier nicht gezeigte Bürsten. In jedem Köcher ist eine Bürste angeordnet, welche mit dem Bürstenträger 2 elektrisch verbunden ist und mit dem Schleifring einen elektrischen Gleitkontakt ausgebildet. Die Bürstenträger 2 weisen Anschlüsse 5 auf, welcher hier als Schraubanschlüsse ausgebildet sind. An diese Schraubanschlüsse können elektrische Leitungen mittels Kabelschuhen angeschlossen werden, welche dem Bürstenträger 2 und damit den Bürsten einen Strom zuführen. Dieser Strom wird von den Bürsten an den Schleifring des Rotors und von dem
Schleifring an die Rotorwicklungen übertragen.
Das Bürstenmodul 1 weist außerdem eine Halteeinrichtung 6 auf, welche aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, ausgebildet ist. Die Halteeinrichtung 6 ist ebenfalls plattenförmig mit dem Durchgangsloch 3 ausgebildet und weist eine Oberseite 7 und eine der Oberseite 7 gegenüberliegenden Unterseite 8 auf. Aufliegend auf der Oberseite 7 ist ein erster Bürstenträger 2 befestigt und aufliegend auf der Unterseite 8 ist ein zweiter Bürstenträger 2 befestigt. Die Bürstenträger 2 weisen hier Nietlöcher 9 auf, über welche die Bürstenträger 2 mittels hier nicht gezeigter Nieten an der Halteeinrichtung 6 festgenietet sind. Die Halteeinrichtung 6 weist hier drei
Fixierungsbereiche 10 auf, welche hier als Schraublöcher bzw. Schraubbuchsen ausgebildet sind. Mittels Fixierungsmitteln, beispielsweise mittels Schrauben oder Bolzen, kann die Halteeinrichtung 6 und damit das Bürstenmodul 1 an einer Komponente der elektrischen Maschine, beispielsweise an einem Gehäuse der elektrischen Maschine, befestigt werden.
Das Bürstenmodul 1 weist außerdem einen Wärmeleitkern 11 aus einem thermisch leitfähigen Material auf, welcher dazu ausgelegt ist, eine von den Bürsten im Betrieb der elektrischen Maschine produzierte Wärme abzuführen. Der Wärmeleitkern 11 ist in die Halteeinrichtung 6 eingeschlossen ist bzw. von der Halteeinrichtung 6 ummantelt. Der Wärmleitkern 1 1 ist ebenfalls plattenförmig mit der Durchgangsöffnung 3 ausgebildet und ist durch die ummantelnde Halteeinrichtung 6 elektrisch von den Bürstenträgern 2 isoliert. In Fig. 1 ist die Halteeinrichtung 6 zur besseren Sichtbarkeit des sich darin befindlichen Wärmeleitkerns 11 transparent dargestellt. In Fig. 2 ist das Bürstenmodul 1 ohne die Halteeinrichtung 6 gezeigt.
In den Fixierungsbereichen 10 liegt der Wärmeleitkern 11 frei, sodass er beim Fixieren an der Komponente in thermischen Kontakt mit der Komponente steht. Dazu weist der Wärmeleitkern 11 im Bereich der Fixierungsbereiche 10 der Halteeinrichtung 6 zylinderförmige Bereiche 12 auf, welche sich von der Oberseite 7 zu der Unterseite 8 der Halteeinrichtung 6 erstrecken. Der zylinderförmige Bereich 12 liegt also an der Oberseite 7 und der Unterseite 8 der Halteeinrichtung 6 frei und bildet außerdem die Innenseite des Schraubloches aus. Wenn also das Bürstenmodul 1 mittels der Schrauben an der Komponente der elektrischen Maschine befestigt wird, kann die Wärme über die
Schrauben an die Komponente übertragen werden und das Bürstenmodul 1 somit passiv gekühlt werden.
Der Wärmeleitkern 11 ist insbesondere aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, gebildet. Da das Metall sowohl thermisch als auch elektrisch leitfähig ist, muss
gewährleistet werden, dass keine elektrische Verbindung zwischen den Bürstenträgern 2 und dem Wärmeleitkern 11 , beispielsweise über die Nieten, besteht. Daher weist der Wärmeleitkern 11 Durchgangsöffnungen 13 auf, welche fluchtend zu den Nietlöchern 9 der Bürstenträger 2 angeordnet sind. Durch diese Durchgangsöffnungen 13 können die Nieten, ohne den Wärmeleitkern 11 zu berühren und damit elektrisch zu kontaktieren, hindurchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
Bürstenmodul
Bürstenträger
Durchgangsloch
Verrastungslöcher
Anschluss
Halteeinrichtung
Oberseite
Unterseite
Nietlöcher
Fixierungsbereiche
Wärmeleitkern
Zylinderförmige Bereiche
Durchgangslöcher

Claims

Patentansprüche
1. Bürstenmodul (1 ) für ein Schleifringsystem einer stromerregten elektrischen
Maschine für ein Kraftfahrzeug zum Bestromen eines Rotors der elektrischen Maschine, wobei das Bürstenmodul (1 ) an einer bezüglich des Rotors ortsfest gelagerten Komponente der elektrischen Maschine fixierbar ist und aufweist:
- zumindest einen Bürstenträger (2) mit zumindest einem Köcher und zumindest einer in dem Köcher angeordneten Bürste, welche zum Bestromen des Rotors einen Gleitkontakt mit einem an dem Rotor angeordneten Schleifring des
Schleifringsystems ausbildet,
- eine aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Halteeinrichtung (6) zum Halten des Bürstenträgers (2), welche zumindest einen Fixierungsbereich (10) zum Fixieren des Bürstenmoduls (1 ) an der Komponente aufweist,
gekennzeichnet durch
- einen in die Halteeinrichtung (6) eingeschlossenen Wärmeleitkern (1 1 ), welcher zur Wärmeabfuhr von dem Bürstenmodul (1 ) an die Komponente zumindest in dem mit der Komponente koppelbaren Fixierungsbereich (10) der Halteeinrichtung (6) freiliegend ausgebildet ist.
2. Bürstenmodul (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der thermisch leitfähige Wärmeleitkern (11 ) aus Aluminium gebildet ist.
3. Bürstenmodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteeinrichtung (6), der zumindest eine Bürstenträger (2) und der
Wärmeleitkern (1 1 ) jeweils plattenförmig ausgebildet sind und eine
Durchgangsöffnung (3) für den Rotor aufweisen, wobei der zumindest eine Bürstenträger (2) auf einer Oberfläche der Halteeinrichtung (6) und zumindest bereichsweise überlappend mit dem in der Halteeinrichtung (6) eingeschlossenen Wärmeleitkern (1 1 ) angeordnet ist.
4. Bürstenmodul (1 ) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Halteeinrichtung (6) und der Wärmeleitkern (11 ) eine Dreieckform aufweisen und die Halteeinrichtung (6) drei, an Ecken der Dreieckform angeordnete
Fixierungsbereiche (10) aufweist.
5. Bürstenmodul (1 ) nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bürstenmodul (1 ) zwei Bürstenträger (2) mit jeweils zumindest einem Köcher und einer Bürste aufweist, wobei ein erster Bürstenträger (2) an einer ersten Oberfläche in Form von einer Oberseite (7) der Halteeinrichtung (6) angeordnet ist und ein zweiter Bürstenträger (2) an einer der ersten Oberfläche
gegenüberliegenden zweiten Oberfläche in Form von einer Unterseite (8) der Halteeinrichtung (6) angeordnet ist und wobei der Wärmeleitkern (11 ) zwischen dem ersten und dem zweiten Bürstenträger (2) in der Halteeinrichtung (6) angeordnet ist.
6. Bürstenmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Fixierungsbereich (10) als ein Schraubloch ausgebildet ist und der
Wärmeleitkern (1 1 ) einen das Schraubloch ummantelnden, sich von einer Oberseite (7) der Halteeinrichtung (6) bis zu einer Unterseite (8) der Halteeinrichtung (6) erstreckenden zylinderförmigen Bereich (12) aufweist, sodass beim Fixieren des Bürstenmoduls (1 ) mittels Schrauben der Wärmeleitkern (11 ) thermisch an die Komponente angebunden ist.
7. Bürstenmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Bürstenträger (2) aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist und mittels zumindest eines elektrisch leitfähigen Befestigungsmittels an der Halteeinrichtung (6) befestigt ist, wobei der innerhalb der Halteeinrichtung (6) angeordnete Wärmeleitkern (11 ) zumindest ein Durchgangsloch (13) aufweist, durch welches das zumindest eine Befestigungsmittel, ohne den Wärmeleitkern (1 1 ) zu berühren, durchgeführt ist.
8. Stromerregte elektrische Maschine aufweisend einen Stator, einen bezüglich des Stators drehbar gelagerten Rotor und ein Schleifringsystem mit zumindest einem Schleifring und zumindest einem Bürstenmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Schleifring ortsfest an dem Rotor angeordnet ist und das zumindest eine Bürstenmodul (1 ) ortsfest bezüglich des Rotors angeordnet ist und an einer Komponente der elektrischen Maschine befestigt ist.
9. Stromerregte elektrische Maschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Komponente ein Gehäuse der elektrischen Maschine ist.
10. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine nach Anspruch 8 oder 9.
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