WO2023193912A1 - Electric machine - Google Patents

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WO2023193912A1
WO2023193912A1 PCT/EP2022/059258 EP2022059258W WO2023193912A1 WO 2023193912 A1 WO2023193912 A1 WO 2023193912A1 EP 2022059258 W EP2022059258 W EP 2022059258W WO 2023193912 A1 WO2023193912 A1 WO 2023193912A1
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rotor
holding body
plastic holding
plastic
electrical machine
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Application number
PCT/EP2022/059258
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Suswedyk
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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Publication date
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/14—Means for supporting or protecting brushes or brush holders
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    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
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    • H02K5/167—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings
    • H02K5/1672—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using sliding-contact or spherical cap bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2205/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to casings, enclosures, supports
    • H02K2205/03—Machines characterised by thrust bearings

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine, in particular an electric motor, comprising: a fixed stator body, a rotatable rotor shaft which is mounted radially via a shaft radial bearing, a ferromagnetic rotor body which is attached to the rotor shaft and is arranged within the stator body, at least one rotor winding , which is arranged on the rotor body, a commutator unit, which is arranged to rotate with the rotor body and is electrically connected to the at least one rotor winding, a fixed, one-piece plastic holding body, and at least one sliding contact element, which is held by the plastic holding body, made of an electrically conductive Material consists and rests on the commutator unit.
  • an axial direction is parallel to the axial direction of the rotor shaft
  • a radial direction is perpendicular to the axial direction of the rotor shaft
  • a transverse plane is transverse to the axial direction of the rotor shaft.
  • the present invention is based on the object of creating a relatively inexpensive and easy-to-assemble electrical machine. This task is achieved by an electrical machine with the features of main claim 1.
  • the electrical machine comprises a stationary stator body.
  • the stator body can be designed as a solid, permanent magnetic body, can be designed to carry at least one permanent magnet, or can be designed to carry at least one electromagnetic stator winding.
  • the stator body generally consists of a ferromagnetic metal and can either be designed as a solid body or consist of several interconnected individual parts, typically sheet metal parts.
  • the electrical machine comprises a rotatable rotor shaft which is mounted radially via a shaft radial bearing.
  • the shaft radial bearing can be set up for exclusively radial storage, or can be set up for radial and axial storage of the rotor shaft.
  • the rotor shaft is mounted in a housing part of the electrical machine via a further shaft radial bearing, which is arranged on an opposite side of the rotor body.
  • the electrical machine comprises a ferromagnetic rotor body and at least one electromagnetic rotor winding which is arranged on the rotor body.
  • the rotor body is attached to the rotor shaft and arranged within the stator body.
  • the rotor body defines a plurality of rotor poles distributed along its circumference and a number of rotor windings corresponding to the number of rotor poles is arranged on the rotor body, one of the rotor windings being assigned to each of the rotor poles.
  • the rotor body can be designed as a solid body.
  • the rotor body consists of a large number of sheet metal parts stacked in the axial direction, which are generally electrically insulated from one another.
  • a rotor body constructed in this way is also referred to as a laminated rotor body or a laminated rotor body and has particularly low eddy currents during operation of the electrical machine.
  • the rotor body is generally made of a ferromagnetic metal.
  • the electrical machine comprises a commutator unit, which radially surrounds the rotor shaft and is arranged to rotate with the rotor body, and at least one sliding contact element, which consists of an electrically conductive material, rests on the commutator unit and slides along the commutator unit during operation of the electrical machine.
  • the commutator unit is electrically connected to the at least one stator winding.
  • the commutator unit comprises at least one, typically several, sliding surface elements distributed along the circumference of the shaft, against which the at least one sliding contact element rests and slides along during operation of the electrical machine.
  • the grinding surface elements consist of an electrically conductive material and are each electrically connected to at least one rotor winding.
  • the grinding surface elements are typically attached to a base body which consists of an electrically non-conductive material, typically a plastic material.
  • the commutator unit is preferably set up to be contacted radially by the at least one sliding contact element.
  • the grinding surface elements preferably each have the shape of a segment of a hollow cylinder that radially encloses the rotor shaft.
  • the commutator unit is set up axially from the at least one sliding contact element to be contacted.
  • the grinding surface elements preferably have the shape of a segment of an annular disk running in a transverse plane.
  • the at least one sliding contact element consists of an electrically conductive material, typically graphite, which is why such sliding contact elements are also known as carbon brushes. If there are several sliding contact elements, these are typically arranged at different circumferential positions of the rotor shaft and contact different grinding surface elements of the commutator unit.
  • the at least one sliding contact element is typically mounted in a displaceable manner and is pressed against the commutator unit by a spring.
  • the electrical machine comprises a fixed, one-piece plastic holding body through which the at least one sliding contact element is held.
  • plastic holding bodies are also referred to as brush bridges.
  • the plastic holding body is an injection molded part.
  • the plastic holding body can consist entirely of a single plastic material or individual sections of the plastic holding body can consist of different plastic materials.
  • the plastic holding body is typically manufactured in a multi-step injection molding process.
  • the entire plastic holding body consists of a single part, that is, all sections of the plastic holding body are cohesively connected to one another, even if they consist of different plastic materials.
  • a corresponding receptacle is formed on the plastic holding body for each sliding contact element, in which the respective sliding contact element is slidably mounted.
  • the plastic holding body preferably consists of a plastic material with good electrical insulation properties, i.e. with a high specific electrical resistance, typically at least IO 10 Qcm, and a high dielectric strength, in order to prevent an electrical short circuit between several sliding contact elements held by the plastic holding body.
  • the shaft radial bearing is a plain bearing, with a sliding surface being formed by the plastic holding body, so that no additional components are required for the shaft radial bearing.
  • the plastic holding body Compared to an electrical machine known from the prior art, both the number of components and the number of assembly steps are reduced.
  • at least one bearing section of the plastic holding body forming the sliding surface consists of a plastic material with good tribological properties.
  • the electrical machine according to the invention can be assembled relatively easily and manufactured relatively inexpensively.
  • the entire plastic holding body consists of a single plastic material. This enables relatively simple and cost-effective production of the plastic holding body.
  • the plastic holding body can be produced in a single injection molding step.
  • the plastic material used here preferably has both relatively good electrical insulation properties and relatively good tribological properties.
  • a bearing section forming the sliding surface Plastic holding body and a main section of the plastic holding body holding the at least one sliding contact element made of different plastic materials.
  • the use of different plastic materials for the main section and the bearing section therefore enables the realization of a particularly reliable electrical machine.
  • a relatively inexpensive plastic material - particularly in comparison to the plastic material used for the bearing section - is used for the relatively large-volume main section.
  • the plastic holding body made of different plastic materials is typically produced in a multi-step injection molding process, with the main section being produced in a first step, and the bearing section being molded onto the main section in a following step.
  • the electrical machine according to the invention preferably comprises a housing part which radially delimits a housing chamber in which the stator body and the rotor body are arranged, the plastic holding body being arranged on an open axial side of the housing part and closing it.
  • the plastic holding body can be attached axially to the open side of the housing part and/or inserted into an opening on the open side of the housing part.
  • the plastic holding body is attached to the housing part.
  • the stator body is also advantageously attached to the housing part.
  • the plastic holding body can be flowed through axially in order to enable efficient cooling of the electrical machine, in particular also of the shaft radial bearing designed as a plain bearing.
  • the electrical machine according to the invention comprises at least one contact tab element for externally energizing the at least one rotor winding via the at least one sliding contact element and the commutator unit.
  • the at least one contact tab element is held by the plastic holding body.
  • the at least one contact lug element can, for example, be inserted into a contact lug element receptacle formed on the plastic holding body or be encapsulated by the plastic holder. This creates an electrical machine that is relatively easy to assemble.
  • the rotor shaft is preferably mounted via the plastic holding body at least in an axial direction.
  • an element attached to the rotor shaft for example the rotor body or the commutator unit, is supported directly or indirectly in an axial direction by the plastic holding body, preferably by the bearing section of the plastic holding body forming the sliding surface.
  • a thrust washer is arranged which radially surrounds the rotor shaft and against which the element attached to the rotor shaft rests axially.
  • Figure 1 is a sectional view of an electrical machine according to the invention
  • Figure 2 is an axial top view of an inside of a plastic holding body and a commutator unit of the electrical machine from Figure 1, and
  • Figure 3 is a top view of an inside of an alternative plastic holding body for the electrical machine from Figure 1.
  • FIG. 1 shows an electrical machine 10 with a substantially circular cylindrical housing chamber 12.
  • the housing chamber 12 is delimited radially by a substantially fixed, tubular first housing part 14.
  • the housing chamber 12 is delimited on a first axial side by a second housing part 16, which extends essentially in a transverse plane, is attached to a first axial end of the tubular first housing part 14, and the first housing part 14 on the first axial side essentially completely closed.
  • the housing chamber 12 is formed on a second axial side opposite the first axial side by a Plastic holding body 18, which extends essentially in a transverse plane, is attached to a second axial end of the tubular first housing part 14 opposite the first axial end, and essentially completely closes the first housing part 14 on the second axial side.
  • the second housing part 16 comprises a centrally arranged bearing receptacle 161, in which an annular radial bearing element 201 of a first shaft radial bearing 20 designed as a plain bearing is arranged.
  • Fig. 2 shows a top view of an inside of the plastic holding body 18 facing the housing chamber 12.
  • the plastic holding body 18 is a one-piece injection molded part and comprises a main section 181 and a bearing section 182. On the inside of the main section 181, two sliding contact element receptacles 1811 are formed, in each of which a sliding contact element 22 is held in a radially displaceable manner. Furthermore, two contact lug element receptacles 1812 are formed on the main section 181, in each of which a contact lug element 24 is arranged.
  • the bearing section 182 is essentially annular and is arranged in the center of the main section 181.
  • the bearing section 182 has a cylindrical rotor shaft opening 1821, the inner surface of which forms a sliding surface 261 of a second shaft radial bearing 26 designed as a sliding bearing.
  • the entire plastic holding body 18 can consist of a single plastic material, which advantageously has both relatively good electrical insulation properties and relatively good tribological properties.
  • the main section 181 and the Bearing section 182 also consists of different plastic materials, the plastic material used for the main section 181 advantageously having particularly good electrical insulation properties and the plastic material used for the bearing section 182 advantageously having particularly good tribological properties.
  • the main section 181 is produced in a first injection molding step and then the bearing section 182 is molded onto the main section 181 in a second injection molding step.
  • the contact lug elements 24 each extend from an outside of the plastic holding body 18 facing away from the housing chamber 12 through the respective contact lug element receptacle 1812 to the inside of the plastic holding body 18 and are held by the plastic holding body 18.
  • the contact tab elements 24 are made of a metal with good electrical conductivity.
  • the sliding contact elements 22 consist of graphite, which has good electrical conductivity, and are each electrically connected to a contact tab element 24 via an electrically conductive connecting element 28. Furthermore, the sliding contact elements 22 are each pressed radially inwards against a radial outside of a commutator unit 30 arranged in the housing chamber 12 by a spring element, not shown.
  • the commutator unit 30 is attached to a rotor body 32, which in turn is attached to a rotatably mounted rotor shaft 34.
  • the commutator unit 30 comprises a substantially hollow cylindrical base body 301 and five separate grinding surface elements 302 which are attached to the base body 301.
  • the base body 301 radially surrounds the rotor shaft 34 and consists of an electrically insulating material, typically a plastic material.
  • the abrasive surface elements 302 are made of a material with relatively good electrical conductivity, typically a metal.
  • the grinding surface elements 302 are distributed along the circumference of the base body 301 on a radial outside of the base body 301 in such a way that when the commutator unit 30 rotates together with the rotor body 32 during operation of the electrical machine 10, they are electrically contacted one after the other by the sliding contact elements 22.
  • the rotor shaft 34 is mounted radially on the first axial side of the rotor body 32 via the first shaft radial bearing 20 in the second housing part 16.
  • the rotor shaft 34 is mounted radially on the second axial side of the rotor body 32 via the second shaft radial bearing 26 in the plastic holding body 18, the rotor shaft 34 extending through the rotor shaft opening 1821 of the plastic holding body 18 and an outer surface 341 of the rotor shaft 34 in frictional contact with the sliding surface 261 stands.
  • the rotor shaft 34 is mounted in both axial directions via the plastic holding body 18. In a first axial direction, the rotor shaft 34 is mounted on the plastic holding body 18 via an annular disk-shaped axial bearing element 40 fastened to the rotor shaft 34, the axial bearing element 40 resting on the outside of the bearing section 182 of the plastic holding body 18.
  • the rotor shaft 34 is connected to the rotor body 32, the commutator unit 30 and an annular thrust washer 42, which is arranged between the commutator unit 30 and the plastic holding body 18 Plastic holding body 18 is mounted, the thrust washer 42 resting on the inside of the bearing section 182 of the plastic holding body 18 and the commutator unit resting on the axial side of the thrust washer 42 facing away from the plastic holding body 18.
  • the rotor body 32 consists of a large number of ferromagnetic sheet metal parts 321, which are stacked in the axial direction to form a laminated core 322.
  • Five rotor windings 36 are arranged on the rotor body 32, which are held by the rotor body 32 and are arranged distributed along the circumference of the rotor body 32.
  • Each rotor winding 36 is electrically connected to one of the grinding surface elements 302 of the commutator unit 30.
  • a fixed stator body 38 is also arranged in the housing chamber 12.
  • the stator body 38 is annular and attached to an inside of the first housing part 14.
  • the stator body 38 completely encloses the rotor body 32 radially.
  • the stator body 38 is permanently magnetized in such a way that at least two stator magnetic poles are defined along its circumference.
  • FIG. 3 shows an alternative plastic holding body 18 'according to the invention, which can be used in the electrical machine 10 instead of the plastic holding body 18.
  • the corresponding reference number from FIG. 1 or FIG. 2 is used to designate features already known from the plastic holding body 18.
  • the plastic holding body 18' differs from the plastic holding body 18 only in that in the main section 181 of the plastic holding body 18' there are seven flow openings 44 through which the plastic holding body 18' can flow axially.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

The invention relates to an electric machine (10) comprising: - a fixed stator body (38), - a rotatable rotor shaft (34) that is mounted by way of a shaft radial bearing (26), - a ferromagnetic rotor body (32) that is fastened on the rotor shaft (34) and is arranged inside the stator body (38), - at least one rotor winding (36) that is arranged on the rotor body (32), - a commutator unit (30) that is arranged for conjoint rotation with the rotor body (32) and is electrically connected to the at least one rotor winding (36), - a fixed, single-piece plastic holding body (18; 18'), and - at least one sliding contact element (22) that is held by the plastic holding body (18; 18'), consists of an electrically conductive material and rests on the commutator unit (30). Due to the fact that, in the electric machine (10) according to the invention, the shaft radial bearing (26) is a plain bearing, with a sliding surface (261) being formed by the plastic holding body (18; 18'), the electric machine (10) according to the invention is relatively inexpensive and easy to install.

Description

B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION
Elektrische Maschine Electric machine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere einen Elektromotor, umfassend: einen feststehenden Statorkörper, eine drehbare Rotorwelle, die über ein Wellenradiallager radial gelagert ist, einen ferromagnetischen Rotorkörper, der an der Rotorwelle befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers angeordnet ist, mindestens eine Rotorwicklung, die an dem Rotorkörper angeordnet ist, eine Kommutatoreinheit, die mit dem Rotorkörper mitdrehend angeordnet ist und elektrisch mit der mindestens einen Rotorwicklung verbunden ist, einen feststehenden, einstückigen Kunststoffhaltekörper, und mindestens ein Schleifkontaktelement, das durch den Kunststoffhaltekörper gehalten ist, aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und an der Kommutatoreinheit anliegt. The present invention relates to an electrical machine, in particular an electric motor, comprising: a fixed stator body, a rotatable rotor shaft which is mounted radially via a shaft radial bearing, a ferromagnetic rotor body which is attached to the rotor shaft and is arranged within the stator body, at least one rotor winding , which is arranged on the rotor body, a commutator unit, which is arranged to rotate with the rotor body and is electrically connected to the at least one rotor winding, a fixed, one-piece plastic holding body, and at least one sliding contact element, which is held by the plastic holding body, made of an electrically conductive Material consists and rests on the commutator unit.
Wenn nicht anders definiert, ist im Folgenden eine axiale Richtung parallel zu der axialen Richtung der Rotorwelle, eine radiale Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Rotorwelle, und eine Querebene quer zu der axialen Richtung der Rotorwelle. Unless otherwise defined, hereinafter an axial direction is parallel to the axial direction of the rotor shaft, a radial direction is perpendicular to the axial direction of the rotor shaft, and a transverse plane is transverse to the axial direction of the rotor shaft.
Aus der DE 102 01 140 Al ist eine gattungsgemäße elektrische Maschine bekannt, bei der das Wellenradiallager ein Kugellager ist, das in einer durch den Kunststoffhaltekörper gebildeten Lageraufnahme angeordnet ist. From DE 102 01 140 A1 a generic electrical machine is known in which the shaft radial bearing is a ball bearing which is arranged in a bearing receptacle formed by the plastic holding body.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ kostengünstige und einfach montierbare elektrische Maschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. The present invention is based on the object of creating a relatively inexpensive and easy-to-assemble electrical machine. This task is achieved by an electrical machine with the features of main claim 1.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen feststehenden Statorkörper. Der Statorkörper kann als massiver, permanentmagnetischer Körper ausgebildet sein, kann eingerichtet sein, mindestens einen Permanentmagnet zu tragen, oder kann eingerichtet sein, mindestens eine elektromagnetische Statorwicklung zu tragen. In den letzten beiden Fällen besteht der Statorkörper im Allgemeinen aus einem ferromagnetischen Metall und kann entweder als massiver Körper ausgebildet sein oder aus mehreren miteinander verbundenen Einzelteilen, typischerweise Metallblechteilen, bestehen. The electrical machine according to the invention comprises a stationary stator body. The stator body can be designed as a solid, permanent magnetic body, can be designed to carry at least one permanent magnet, or can be designed to carry at least one electromagnetic stator winding. In the last two cases, the stator body generally consists of a ferromagnetic metal and can either be designed as a solid body or consist of several interconnected individual parts, typically sheet metal parts.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst eine drehbare Rotorwelle, die über ein Wellenradiallager radial gelagert ist. Das Wellenradiallager kann zur ausschließlich radialen Lagerung eingerichtet sein, oder kann zur radialen und axialen Lagerung der Rotorwelle eingerichtet sein. Typischerweise ist die Rotorwelle über ein weiteres Wellenradiallager, das auf einer gegenüberliegenden Seite des Rotorkörpers angeordnet ist, in einem Gehäuseteil der elektrischen Maschine gelagert. The electrical machine according to the invention comprises a rotatable rotor shaft which is mounted radially via a shaft radial bearing. The shaft radial bearing can be set up for exclusively radial storage, or can be set up for radial and axial storage of the rotor shaft. Typically, the rotor shaft is mounted in a housing part of the electrical machine via a further shaft radial bearing, which is arranged on an opposite side of the rotor body.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen ferromagnetischen Rotorkörper und mindestens eine elektromagnetische Rotorwicklung, die an dem Rotorkörper angeordnet ist. Der Rotorkörper ist an der Rotorwelle befestigt und innerhalb des Statorkörpers angeordnet. Typischerweise definiert der Rotorkörper mehrere entlang seines Umfangs verteilt angeordnete Rotorpole und ist an dem Rotorkörper eine der Anzahl der Rotorpole entsprechende Anzahl von Rotorwicklungen angeordnet, wobei jedem der Rotorpole eine der Rotorwicklungen zugeordnet ist. Der Rotorkörper kann als massiver Körper ausgebildet sein. Vorzugsweise besteht der Rotorkörper jedoch aus einer Vielzahl von in axialer Richtung gestapelter Metallblechteile, die im Allgemeinen elektrisch voneinander isoliert sind. Ein derartig aufgebauter Rotorkörper wird auch als laminierter Rotorkörper oder als geblechter Rotorkörper bezeichnet und weist im Betrieb der elektrischen Maschine besonders geringe Wirbelströme auf. Der Rotorkörper besteht im Allgemeinen aus einem ferromagnetischen Metall. The electrical machine according to the invention comprises a ferromagnetic rotor body and at least one electromagnetic rotor winding which is arranged on the rotor body. The rotor body is attached to the rotor shaft and arranged within the stator body. Typically, the rotor body defines a plurality of rotor poles distributed along its circumference and a number of rotor windings corresponding to the number of rotor poles is arranged on the rotor body, one of the rotor windings being assigned to each of the rotor poles. The rotor body can be designed as a solid body. Preferably However, the rotor body consists of a large number of sheet metal parts stacked in the axial direction, which are generally electrically insulated from one another. A rotor body constructed in this way is also referred to as a laminated rotor body or a laminated rotor body and has particularly low eddy currents during operation of the electrical machine. The rotor body is generally made of a ferromagnetic metal.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst eine Kommutatoreinheit, die die Rotorwelle radial umschließt und mit dem Rotorkörper mitdrehend angeordnet ist, und mindestens ein Schleifkontaktelement, das aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, an der Kommutatoreinheit anliegt und im Betrieb der elektrischen Maschine an der Kommutatoreinheit entlanggleitet. The electrical machine according to the invention comprises a commutator unit, which radially surrounds the rotor shaft and is arranged to rotate with the rotor body, and at least one sliding contact element, which consists of an electrically conductive material, rests on the commutator unit and slides along the commutator unit during operation of the electrical machine.
Die Kommutatoreinheit ist elektrisch mit der mindestens einen Statorwicklung verbunden. Im Speziellen umfasst die Kommutatoreinheit mindestens ein, typischerweise mehrere entlang des Umfangs der Welle verteilt angeordnete Schleifflächenelemente, an denen das mindestens eine Schleifkontaktelement anliegt und im Betrieb der elektrischen Maschine entlanggleitet. Die Schleifflächenelemente bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material und sind jeweils elektrisch mit mindestens einer Rotorwicklung verbunden. Die Schleifflächenelemente sind typischerweise an einem Grundkörper befestigt, der aus einem elektrisch nichtleitenden Material, typischerweise aus einem Kunststoffmaterial, besteht. Vorzugsweise ist die Kommutatoreinheit eingerichtet, von dem mindestens einen Schleifkontaktelement radial kontaktiert zu werden. Hierbei weisen die Schleifflächenelemente vorzugsweise jeweils die Form eines Segments eines die Rotorwelle radial umschließenden Hohlzylinders auf. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Kommutatoreinheit eingerichtet ist, von dem mindestens einen Schleifkontaktelement axial kontaktiert zu werden. In diesem Fall weisen die Schleifflächenelemente vorzugsweise die Form eines Segments einer in einer Querebene verlaufenden Ringscheibe auf. The commutator unit is electrically connected to the at least one stator winding. In particular, the commutator unit comprises at least one, typically several, sliding surface elements distributed along the circumference of the shaft, against which the at least one sliding contact element rests and slides along during operation of the electrical machine. The grinding surface elements consist of an electrically conductive material and are each electrically connected to at least one rotor winding. The grinding surface elements are typically attached to a base body which consists of an electrically non-conductive material, typically a plastic material. The commutator unit is preferably set up to be contacted radially by the at least one sliding contact element. Here, the grinding surface elements preferably each have the shape of a segment of a hollow cylinder that radially encloses the rotor shaft. However, it is also conceivable that the commutator unit is set up axially from the at least one sliding contact element to be contacted. In this case, the grinding surface elements preferably have the shape of a segment of an annular disk running in a transverse plane.
Das mindestens eine Schleifkontaktelement besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, typischerweise aus Grafit, weshalb derartige Schleifkontaktelemente auch als Kohlebürsten bekannt sind. Sofern mehrere Schleifkontaktelemente vorhanden sind, sind diese typischerweise an unterschiedlichen Umfangspositionen der Rotorwelle angeordnet und kontaktieren unterschiedliche Schleifflächenelemente der Kommutatoreinheit. Das mindestens eine Schleifkontaktelement ist typischerweise verschiebbar gelagert und wird durch eine Feder an die Kommutatoreinheit angepresst. The at least one sliding contact element consists of an electrically conductive material, typically graphite, which is why such sliding contact elements are also known as carbon brushes. If there are several sliding contact elements, these are typically arranged at different circumferential positions of the rotor shaft and contact different grinding surface elements of the commutator unit. The at least one sliding contact element is typically mounted in a displaceable manner and is pressed against the commutator unit by a spring.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine umfasst einen feststehenden, einstückigen Kunststoffhaltekörper, durch den das mindestens eine Schleifkontaktelement gehalten ist. Derartige Kunststoffhaltekörper werden auch als Bürstenbrücke bezeichnet. Typischerweise ist der Kunststoffhaltekörper ein Spritzgussteil. Der Kunststoffhaltekörper kann vollständig aus einem einzigen Kunststoffmaterial bestehen oder es können einzelne Abschnitte des Kunststoffhaltekörpers aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen. Im zweiten Fall wird der Kunststoffhaltekörper typischerweise in einem mehrschrittigen Spritzgussprozess hergestellt. In jedem Fall besteht der gesamte Kunststoffhaltekörper aus einem einzigen Teil, das heißt, alle Abschnitte des Kunststoffhaltekörpers sind stoffschlüssig miteinander verbunden, auch wenn diese aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen. Typischerweise ist an dem Kunststoffhaltekörper für jedes Schleifkontaktelement eine entsprechende Aufnahme ausgebildet, in der das jeweilige Schleifkontaktelement verschiebbar gelagert ist. Zumindest ein das mindestens eine Schleifkontaktelement haltender Hauptabschnitt des Kunststoffhaltekörpers besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial mit guten elektrischen Isolationseigenschaften, also mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand, typischerweise mindestens IO10 Qcm, und einer hohen Durchschlagfestigkeit, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen mehreren durch den Kunststoffhaltekörper gehaltenen Schleifkontaktelementen zu verhindern. The electrical machine according to the invention comprises a fixed, one-piece plastic holding body through which the at least one sliding contact element is held. Such plastic holding bodies are also referred to as brush bridges. Typically, the plastic holding body is an injection molded part. The plastic holding body can consist entirely of a single plastic material or individual sections of the plastic holding body can consist of different plastic materials. In the second case, the plastic holding body is typically manufactured in a multi-step injection molding process. In any case, the entire plastic holding body consists of a single part, that is, all sections of the plastic holding body are cohesively connected to one another, even if they consist of different plastic materials. Typically, a corresponding receptacle is formed on the plastic holding body for each sliding contact element, in which the respective sliding contact element is slidably mounted. At least one main section holding the at least one sliding contact element The plastic holding body preferably consists of a plastic material with good electrical insulation properties, i.e. with a high specific electrical resistance, typically at least IO 10 Qcm, and a high dielectric strength, in order to prevent an electrical short circuit between several sliding contact elements held by the plastic holding body.
Erfindungsgemäß ist das Wellenradiallager ein Gleitlager, wobei eine Gleitfläche durch den Kunststoffhaltekörper gebildet ist, sodass für das Wellenradiallager keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Gegenüber einer aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Maschine wird hierdurch sowohl die Anzahl von Bauteilen als auch die Anzahl von Montageschritten reduziert. Vorzugsweise besteht zumindest ein die Gleitfläche bildender Lagerabschnitt des Kunststoffhaltekörpers aus einem Kunststoffmaterial mit guten tribologischen Eigenschaften. According to the invention, the shaft radial bearing is a plain bearing, with a sliding surface being formed by the plastic holding body, so that no additional components are required for the shaft radial bearing. Compared to an electrical machine known from the prior art, both the number of components and the number of assembly steps are reduced. Preferably, at least one bearing section of the plastic holding body forming the sliding surface consists of a plastic material with good tribological properties.
Aufgrund der reduzierten Anzahl von Bauteilen und Montageschritten kann die erfindungsgemäße elektrische Maschine relativ einfach montiert und relativ kostengünstig hergestellt werden. Due to the reduced number of components and assembly steps, the electrical machine according to the invention can be assembled relatively easily and manufactured relatively inexpensively.
In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht der gesamte Kunststoffhaltekörper aus einem einzigen Kunststoffmaterial. Dies ermöglicht eine relativ einfache und kostengünstige Herstellung des Kunststoffhaltekörpers. Insbesondere kann der Kunststoffhaltekörper in einem einzigen Spritzgussschritt hergestellt werden. Das verwendete Kunststoffmaterial weist hierbei vorzugsweise sowohl relativ gute elektrische Isolationseigenschaften als auch relativ gute tribologische Eigenschaften auf. In an advantageous embodiment of the present invention, the entire plastic holding body consists of a single plastic material. This enables relatively simple and cost-effective production of the plastic holding body. In particular, the plastic holding body can be produced in a single injection molding step. The plastic material used here preferably has both relatively good electrical insulation properties and relatively good tribological properties.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung bestehen ein die Gleitfläche bildender Lagerabschnitt des Kunststoffhaltekörpers und ein das mindestens eine Schleifkontaktelement haltender Hauptabschnitt des Kunststoffhaltekörpers aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien. Dies ermöglicht es beispielsweise, für den Hauptabschnitt ein Kunststoffmaterial mit besonders guten elektrischen Isolationseigenschaften zu verwenden, und für den Lagerabschnitt ein Kunststoffmaterial mit besonders guten tribologischen Eigenschaften zu verwenden. Die Verwendung verschiedener Kunststoffmaterialien für den Hauptabschnitt und den Lagerabschnitt ermöglicht daher die Realisierung einer besonders zuverlässigen elektrischen Maschine. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass für den relativ großvolumigen Hauptabschnitt ein - insbesondere im Vergleich zum für den Lagerabschnitt verwendeten Kunststoffmaterial - relativ günstiges Kunststoffmaterial verwendet wird. Der aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehende Kunststoffhaltekörper wird typischerweise in einem mehrschrittigen Spritzgussprozess hergestellt, wobei in einem ersten Schritt der Hauptabschnitt hergestellt wird, und in einem folgenden Schritt der Lagerabschnitt an den Hauptabschnitt angespritzt wird. In an alternative advantageous embodiment of the present invention, there is a bearing section forming the sliding surface Plastic holding body and a main section of the plastic holding body holding the at least one sliding contact element made of different plastic materials. This makes it possible, for example, to use a plastic material with particularly good electrical insulation properties for the main section and to use a plastic material with particularly good tribological properties for the bearing section. The use of different plastic materials for the main section and the bearing section therefore enables the realization of a particularly reliable electrical machine. However, it is also conceivable that a relatively inexpensive plastic material - particularly in comparison to the plastic material used for the bearing section - is used for the relatively large-volume main section. The plastic holding body made of different plastic materials is typically produced in a multi-step injection molding process, with the main section being produced in a first step, and the bearing section being molded onto the main section in a following step.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße elektrische Maschine ein Gehäuseteil, das eine Gehäusekammer, in der der Statorkörper und der Rotorkörper angeordnet sind, radial begrenzt, wobei der Kunststoffhaltekörper an einer offenen axialen Seite des Gehäuseteils angeordnet ist und diese verschließt. Dies schafft einen zuverlässigen Schutz der in der Gehäusekammer angeordneten Komponenten der elektrischen Maschine vor Umgebungseinflüssen. Der Kunststoffhaltekörper kann hierbei axial an die offene Seite des Gehäuseteils angesetzt sein und/oder in eine an der offenen Seite des Gehäuseteils vorhandene Öffnung eingesetzt sein. Typischerweise ist der Kunststoffhaltekörper an dem Gehäuseteil befestigt. Vorteilhafterweise ist auch der Statorkörper an dem Gehäuseteil befestigt. Vorzugsweise ist das Gehäuseteil topförmig oder rohrförmig mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und bildet eine im Wesentlichen zylinderförmige Gehäusekammer. The electrical machine according to the invention preferably comprises a housing part which radially delimits a housing chamber in which the stator body and the rotor body are arranged, the plastic holding body being arranged on an open axial side of the housing part and closing it. This creates reliable protection for the components of the electrical machine arranged in the housing chamber from environmental influences. The plastic holding body can be attached axially to the open side of the housing part and/or inserted into an opening on the open side of the housing part. Typically, the plastic holding body is attached to the housing part. The stator body is also advantageously attached to the housing part. Preferably that is Housing part top-shaped or tubular with a substantially circular cross section and forms a substantially cylindrical housing chamber.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Kunststoffhaltekörper axial durchströmbar, um eine effiziente Kühlung der elektrischen Maschine, insbesondere auch des als Gleitlager ausgebildeten Wellenradiallagers, zu ermöglichen. In an advantageous embodiment of the invention, the plastic holding body can be flowed through axially in order to enable efficient cooling of the electrical machine, in particular also of the shaft radial bearing designed as a plain bearing.
Typischerweise umfasst die erfindungsgemäße elektrische Maschine mindestens ein Kontaktfahnenelement zur externen Bestromung der mindestens einen Rotorwicklung über das mindestens eine Schleifkontaktelement und die Kommutatoreinheit. Vorzugsweise ist das mindestens eine Kontaktfahnenelement durch den Kunststoffhaltekörper gehalten. Das mindestens eine Kontaktfahnenelement kann beispielsweise in eine an dem Kunststoffhaltekörper ausgebildete Kontaktfahnenelementaufnahme eingesteckt sein oder durch den Kunststoffhalter umspritzt sein. Dies schafft eine relativ einfach montierbare elektrische Maschine. Typically, the electrical machine according to the invention comprises at least one contact tab element for externally energizing the at least one rotor winding via the at least one sliding contact element and the commutator unit. Preferably, the at least one contact tab element is held by the plastic holding body. The at least one contact lug element can, for example, be inserted into a contact lug element receptacle formed on the plastic holding body or be encapsulated by the plastic holder. This creates an electrical machine that is relatively easy to assemble.
Vorzugsweise ist die Rotorwelle über den Kunststoffhaltekörper zumindest in einer axialen Richtung gelagert. Dies bedeutet, dass ein an der Rotorwelle befestigtes Element, beispielsweise der Rotorkörper oder die Kommutatoreinheit, unmittelbar oder mittelbar in einer axialen Richtung durch den Kunststoffhaltekörper, vorzugsweise durch den die Gleitfläche bildenden Lagerabschnitt des Kunststoffhaltekörpers, gestützt ist. Vorzugsweise ist hierbei zwischen dem mit der Rotorwelle verbundenen Element und dem Kunststoffhaltekörper eine die Rotorwelle radial umschließende Anlaufscheibe angeordnet, an der das an der Rotorwelle befestigte Element axial anliegt. Es ist auch vorstellbar, dass auf beiden axialen Seiten des Kunststoffhaltekörpers jeweils ein an der Rotorwelle befestigtes Element vorgesehen ist, das unmittelbar oder mittelbar in einer axialen Richtung durch den Kunststoffhaltekörper, vorzugsweise jeweils durch den durch den die Gleitfläche bildenden Lagerabschnitt des Kunststoffhaltekörpers, gestützt ist, sodass die Rotorwelle in beiden axialen Richtungen durch den Kunststoffhaltekörper gelagert ist. Auf diese Weise kann ohne das Vorsehen zusätzlicher Lagermittel eine zuverlässige axiale Lagerung der Rotorwelle realisiert werden. The rotor shaft is preferably mounted via the plastic holding body at least in an axial direction. This means that an element attached to the rotor shaft, for example the rotor body or the commutator unit, is supported directly or indirectly in an axial direction by the plastic holding body, preferably by the bearing section of the plastic holding body forming the sliding surface. Preferably, between the element connected to the rotor shaft and the plastic holding body, a thrust washer is arranged which radially surrounds the rotor shaft and against which the element attached to the rotor shaft rests axially. It is also conceivable that there is one on the rotor shaft on both axial sides of the plastic holding body fastened element is provided, which is supported directly or indirectly in an axial direction by the plastic holding body, preferably in each case by the bearing section of the plastic holding body forming the sliding surface, so that the rotor shaft is supported in both axial directions by the plastic holding body. In this way, reliable axial mounting of the rotor shaft can be achieved without the provision of additional bearing means.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigt: Embodiments of the present invention are described below with reference to the attached figures. This shows:
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, Figure 1 is a sectional view of an electrical machine according to the invention,
Figur 2 eine axiale Draufsicht auf eine Innenseite eines Kunststoffhaltekörpers sowie eine Kommutatoreinheit der elektrischen Maschine aus Figur 1, und Figure 2 is an axial top view of an inside of a plastic holding body and a commutator unit of the electrical machine from Figure 1, and
Figur 3 eine Draufsicht auf eine Innenseite eines alternativen Kunststoffhaltekörpers für die elektrische Maschine aus Figur 1. Figure 3 is a top view of an inside of an alternative plastic holding body for the electrical machine from Figure 1.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine 10 mit einer im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Gehäusekammer 12. Die Gehäusekammer 12 wird radial durch ein im Wesentlichen feststehendes, rohrförmiges erstes Gehäuseteil 14 begrenzt. Die Gehäusekammer 12 wird auf einer ersten axialen Seite durch ein zweites Gehäuseteil 16 begrenzt, das sich im Wesentlichen in einer Querebene erstreckt, an einem ersten axialen Ende des rohförmigen ersten Gehäuseteils 14 befestigt ist, und das erste Gehäuseteil 14 auf der ersten axialen Seite im Wesentlichen vollständig verschließt. Die Gehäusekammer 12 wird auf einer der ersten axialen Seite gegenüberliegenden zweiten axialen Seite durch einen Kunststoffhaltekörper 18 begrenzt, der sich im Wesentlichen in einer Querebene erstreckt, an einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des rohförmigen ersten Gehäuseteils 14 befestigt ist, und das erste Gehäuseteil 14 auf der zweiten axialen Seite im Wesentlichen vollständig verschließt. 1 shows an electrical machine 10 with a substantially circular cylindrical housing chamber 12. The housing chamber 12 is delimited radially by a substantially fixed, tubular first housing part 14. The housing chamber 12 is delimited on a first axial side by a second housing part 16, which extends essentially in a transverse plane, is attached to a first axial end of the tubular first housing part 14, and the first housing part 14 on the first axial side essentially completely closed. The housing chamber 12 is formed on a second axial side opposite the first axial side by a Plastic holding body 18, which extends essentially in a transverse plane, is attached to a second axial end of the tubular first housing part 14 opposite the first axial end, and essentially completely closes the first housing part 14 on the second axial side.
Das zweite Gehäuseteil 16 umfasst eine zentral angeordnete Lageraufnahme 161, in der ein ringförmiges Radiallagerelement 201 eines als Gleitlager ausgebildeten ersten Wellenradiallagers 20 angeordnet ist. The second housing part 16 comprises a centrally arranged bearing receptacle 161, in which an annular radial bearing element 201 of a first shaft radial bearing 20 designed as a plain bearing is arranged.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine der Gehäusekammer 12 zugewandten Innenseite des Kunststoffhaltekörpers 18. Fig. 2 shows a top view of an inside of the plastic holding body 18 facing the housing chamber 12.
Der Kunststoffhaltekörper 18 ist ein einstückiges Spritzgussteil und umfasst einen Hauptabschnitt 181 sowie einen Lagerabschnitt 182. An der Innenseite des Hauptabschnitts 181 sind zwei Schleifkontaktelementaufnahmen 1811 ausgebildet, in denen jeweils ein Schleifkontaktelement 22 radial verschiebbar gehalten ist. Ferner sind an dem Hauptabschnitt 181 zwei Kontaktfahnenelementaufnahmen 1812 ausgebildet, in denen jeweils ein Kontaktfahnenelement 24 angeordnet ist. The plastic holding body 18 is a one-piece injection molded part and comprises a main section 181 and a bearing section 182. On the inside of the main section 181, two sliding contact element receptacles 1811 are formed, in each of which a sliding contact element 22 is held in a radially displaceable manner. Furthermore, two contact lug element receptacles 1812 are formed on the main section 181, in each of which a contact lug element 24 is arranged.
Der Lagerabschnitt 182 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und im Zentrum des Hauptabschnitts 181 angeordnet. Der Lagerabschnitt 182 weist eine zylinderförmige Rotorwellenöffnung 1821 auf, deren Innenfläche eine Gleitfläche 261 eines als Gleitlager ausgebildeten zweiten Wellenradiallagers 26 bildet. The bearing section 182 is essentially annular and is arranged in the center of the main section 181. The bearing section 182 has a cylindrical rotor shaft opening 1821, the inner surface of which forms a sliding surface 261 of a second shaft radial bearing 26 designed as a sliding bearing.
Der gesamte Kunststoffhaltekörper 18 kann aus einem einzigen Kunststoffmaterial bestehen, das vorteilhafterweise sowohl relativ gute elektrische Isolationseigenschaften als auch relativ gute tribologische Eigenschaften aufweist. Alternativ können der Hauptabschnitt 181 und der Lagerabschnitt 182 auch aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen, wobei das für den Hauptabschnitt 181 verwendete Kunststoffmaterial vorteilhafterweise besonders gute elektrische Isolationseigenschaften aufweist und das für den Lagerabschnitt 182 verwendete Kunststoffmaterial vorteilhafterweise besonders gute tribologische Eigenschaften aufweist. In diesem Fall wird in einem ersten Spritzgussschritt der Hauptabschnitt 181 hergestellt und anschließend in einem zweiten Spritzgussschritt der Lagerabschnitt 182 an den Hauptabschnitt 181 angespritzt. The entire plastic holding body 18 can consist of a single plastic material, which advantageously has both relatively good electrical insulation properties and relatively good tribological properties. Alternatively, the main section 181 and the Bearing section 182 also consists of different plastic materials, the plastic material used for the main section 181 advantageously having particularly good electrical insulation properties and the plastic material used for the bearing section 182 advantageously having particularly good tribological properties. In this case, the main section 181 is produced in a first injection molding step and then the bearing section 182 is molded onto the main section 181 in a second injection molding step.
Die Kontaktfahnenelemente 24 erstrecken sich jeweils von einer der Gehäusekammer 12 abgewandten Außenseite des Kunststoffhaltekörpers 18 durch die jeweilige Kontaktfahnenelementaufnahme 1812 hindurch zu der Innenseite des Kunststoffhaltekörpers 18 und sind durch den Kunststoffhaltekörper 18 gehalten. Die Kontaktfahnenelemente 24 bestehen aus einem Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit. The contact lug elements 24 each extend from an outside of the plastic holding body 18 facing away from the housing chamber 12 through the respective contact lug element receptacle 1812 to the inside of the plastic holding body 18 and are held by the plastic holding body 18. The contact tab elements 24 are made of a metal with good electrical conductivity.
Die Schleifkontaktelemente 22 bestehen aus elektrisch gut leitendem Grafit und sind jeweils über ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement 28 elektrisch mit einem Kontaktfahnenelement 24 verbunden. Ferner werden die Schleifkontaktelemente 22 jeweils durch ein nicht dargestelltes Federelement nach radial innen gegen eine radiale Außenseite einer in der Gehäusekammer 12 angeordneten Kommutatoreinheit 30 gedrückt. The sliding contact elements 22 consist of graphite, which has good electrical conductivity, and are each electrically connected to a contact tab element 24 via an electrically conductive connecting element 28. Furthermore, the sliding contact elements 22 are each pressed radially inwards against a radial outside of a commutator unit 30 arranged in the housing chamber 12 by a spring element, not shown.
Die Kommutatoreinheit 30 ist an einem Rotorkörper 32 befestigt, der wiederum an einer drehbar gelagerten Rotorwelle 34 befestigt ist. Die Kommutatoreinheit 30 umfasst einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Grundkörper 301 und fünf separate Schleifflächenelemente 302, die an dem Grundkörper 301 befestigt sind. Der Grundkörper 301 umschließt die Rotorwelle 34 radial und besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, typischerweise aus einem Kunststoffmaterial. The commutator unit 30 is attached to a rotor body 32, which in turn is attached to a rotatably mounted rotor shaft 34. The commutator unit 30 comprises a substantially hollow cylindrical base body 301 and five separate grinding surface elements 302 which are attached to the base body 301. The base body 301 radially surrounds the rotor shaft 34 and consists of an electrically insulating material, typically a plastic material.
Die Schleifflächenelemente 302 bestehen aus einem Material mit einer relativ guten elektrischen Leitfähigkeit, typischerweise aus einem Metall. Die Schleifflächenelemente 302 sind derart entlang des Umfangs des Grundkörpers 301 verteilt an einer radialen Außenseite des Grundkörpers 301 angeordnet, dass sie, wenn die Kommutatoreinheit 30 im Betrieb der elektrischen Maschine 10 mit dem Rotorkörper 32 zusammen rotiert, durch die Schleifkontaktelemente 22 nacheinander elektrisch kontaktiert werden. The abrasive surface elements 302 are made of a material with relatively good electrical conductivity, typically a metal. The grinding surface elements 302 are distributed along the circumference of the base body 301 on a radial outside of the base body 301 in such a way that when the commutator unit 30 rotates together with the rotor body 32 during operation of the electrical machine 10, they are electrically contacted one after the other by the sliding contact elements 22.
Die Rotorwelle 34 ist auf der ersten axialen Seite des Rotorkörpers 32 über das erste Wellenradiallager 20 in dem zweiten Gehäuseteil 16 radial gelagert. Die Rotorwelle 34 ist auf der zweiten axialen Seite des Rotorkörpers 32 über das zweite Wellenradiallager 26 in dem Kunststoffhaltekörper 18 radial gelagert, wobei sich die Rotorwelle 34 durch die Rotorwellenöffnung 1821 des Kunststoffhaltekörpers 18 hindurch erstreckt und eine Außenfläche 341 der Rotorwelle 34 in Reibkontakt mit der Gleitfläche 261 steht. The rotor shaft 34 is mounted radially on the first axial side of the rotor body 32 via the first shaft radial bearing 20 in the second housing part 16. The rotor shaft 34 is mounted radially on the second axial side of the rotor body 32 via the second shaft radial bearing 26 in the plastic holding body 18, the rotor shaft 34 extending through the rotor shaft opening 1821 of the plastic holding body 18 and an outer surface 341 of the rotor shaft 34 in frictional contact with the sliding surface 261 stands.
Die Rotorwelle 34 ist in beiden axialen Richtungen über den Kunststoffhaltekörper 18 gelagert. In einer ersten axialen Richtung ist die Rotorwelle 34 über ein ringscheibenförmiges, an der Rotorwelle 34 befestigtes Axiallagerelement 40 an dem Kunststoffhaltekörper 18 gelagert, wobei das Axiallagerelement 40 an der Außenseite des Lagerabschnitts 182 des Kunststoffhaltekörpers 18 anliegt. In einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung ist die Rotorwelle 34 über den Rotorkörper 32, die Kommutatoreinheit 30 und eine ringförmige Anlaufscheibe 42, die zwischen der Kommutatoreinheit 30 und dem Kunststoffhaltekörper 18 angeordnet ist, an dem Kunststoffhaltekörper 18 gelagert, wobei die Anlaufscheibe 42 an der Innenseite des Lagerabschnitts 182 des Kunststoffhaltekörpers 18 anliegt und die Kommutatoreinheit an der von dem Kunststoffhaltekörper 18 abgewandten axialen Seite der Anlaufscheibe 42 anliegt. The rotor shaft 34 is mounted in both axial directions via the plastic holding body 18. In a first axial direction, the rotor shaft 34 is mounted on the plastic holding body 18 via an annular disk-shaped axial bearing element 40 fastened to the rotor shaft 34, the axial bearing element 40 resting on the outside of the bearing section 182 of the plastic holding body 18. In a second axial direction opposite the first axial direction, the rotor shaft 34 is connected to the rotor body 32, the commutator unit 30 and an annular thrust washer 42, which is arranged between the commutator unit 30 and the plastic holding body 18 Plastic holding body 18 is mounted, the thrust washer 42 resting on the inside of the bearing section 182 of the plastic holding body 18 and the commutator unit resting on the axial side of the thrust washer 42 facing away from the plastic holding body 18.
Der Rotorkörper 32 besteht aus einer Vielzahl von ferromagnetischen Metallblechteilen 321, die in axialer Richtung zu einem Blechpaket 322 gestapelt sind. An dem Rotorkörper 32 sind fünf Rotorwicklungen 36 angeordnet, die durch den Rotorkörper 32 gehalten werden und entlang des Umfangs des Rotorkörpers 32 verteilt angeordnet sind. Jede Rotorwicklung 36 ist elektrisch mit einem der Schleifflächenelemente 302 der Kommutatoreinheit 30 verbunden. The rotor body 32 consists of a large number of ferromagnetic sheet metal parts 321, which are stacked in the axial direction to form a laminated core 322. Five rotor windings 36 are arranged on the rotor body 32, which are held by the rotor body 32 and are arranged distributed along the circumference of the rotor body 32. Each rotor winding 36 is electrically connected to one of the grinding surface elements 302 of the commutator unit 30.
In der Gehäusekammer 12 ist ferner ein feststehender Statorkörper 38 angeordnet. Der Statorkörper 38 ist ringförmig ausgebildet und an einer Innenseite des ersten Gehäuseteils 14 befestigt. Der Statorkörper 38 umschließt den Rotorkörper 32 radial vollständig. Der Statorkörper 38 ist derart permanent magnetisiert, dass entlang seines Umfangs mindestens zwei Statormagnetpole definiert sind. A fixed stator body 38 is also arranged in the housing chamber 12. The stator body 38 is annular and attached to an inside of the first housing part 14. The stator body 38 completely encloses the rotor body 32 radially. The stator body 38 is permanently magnetized in such a way that at least two stator magnetic poles are defined along its circumference.
Fig. 3 zeigt einen alternativen erfindungsgemäßen Kunststoffhaltekörper 18', der anstelle des Kunststoffhaltekörpers 18 in der elektrischen Maschine 10 verwendbar ist. Hierbei wird zur Bezeichnung von bereits von dem Kunststoffhaltekörper 18 bekannten Merkmalen das entsprechende Bezugszeichen aus Fig. 1 beziehungsweise Fig. 2 verwendet. 3 shows an alternative plastic holding body 18 'according to the invention, which can be used in the electrical machine 10 instead of the plastic holding body 18. Here, the corresponding reference number from FIG. 1 or FIG. 2 is used to designate features already known from the plastic holding body 18.
Der Kunststoffhaltekörper 18' unterscheidet sich von dem Kunststoffhaltekörper 18 nur dadurch, dass in dem Hauptabschnitt 181 des Kunststoffhaltekörpers 18' sieben Durchströmungsöffnungen 44 vorhanden sind, über die der Kunststoffhaltekörper 18' axial durchströmbar ist. Bezugszeichenliste The plastic holding body 18' differs from the plastic holding body 18 only in that in the main section 181 of the plastic holding body 18' there are seven flow openings 44 through which the plastic holding body 18' can flow axially. Reference symbol list
10 elektrische Maschine 10 electric machine
12 Gehäusekammer 12 housing chamber
14 erstes Gehäuseteil 14 first housing part
16 zweites Gehäuseteil 16 second housing part
161 Lageraufnahme 161 stock recording
18 Kunststoffhaltekörper 18 plastic holding bodies
181 Hauptabschnitt 181 main section
1811 Schleifkontaktelementaufnahmen1811 sliding contact element holders
1812 Kontaktfahnenelementaufnahmen1812 contact flag element recordings
182 Lagerabschnitt 182 storage section
1821 Rotorwellenöffnung 1821 rotor shaft opening
20 erstes Wellenradiallager 20 first shaft radial bearing
201 Radiallagerelement 201 Radial bearing element
22 Schleifkontaktelemente 22 sliding contact elements
24 Kontaktfahnenelemente 24 contact flag elements
26 zweites Wellenradiallager 26 second shaft radial bearing
261 Gleitfläche 261 sliding surface
28 Verbindungselemente 28 fasteners
30 Kommutatoreinheit 30 commutator unit
301 Grundkörper 301 primitives
302 Schleifflächenelemente 302 grinding surface elements
32 Rotorkörper 32 rotor body
321 Metallblechteile 321 sheet metal parts
322 Blechpaket 322 sheet metal package
34 Rotorwelle 34 rotor shaft
341 Außenfläche 341 outdoor area
36 Rotorwicklungen 36 rotor windings
38 Statorkörper 38 stator body
40 Axiallagerelement 42 Anlaufscheibe 40 thrust bearing element 42 thrust washer
44 Durchströmungsöffnungen 44 flow openings

Claims

Pierburg GmbH, 41460 Neuss P A T E N T A N S P R Ü C H E Pierburg GmbH, 41460 Neuss PATENT CLAIMS
1. Elektrische Maschine (10) umfassend: 1. Electric machine (10) comprising:
- einen feststehenden Statorkörper (38), - a fixed stator body (38),
- eine drehbare Rotorwelle (34), die über ein Wellenradiallager (26) radial gelagert ist, - a rotatable rotor shaft (34), which is mounted radially via a shaft radial bearing (26),
- einen ferromagnetischen Rotorkörper (32), der an der Rotorwelle (34) befestigt ist und innerhalb des Statorkörpers (38) angeordnet ist, - a ferromagnetic rotor body (32) which is attached to the rotor shaft (34) and is arranged within the stator body (38),
- mindestens eine Rotorwicklung (36), die an dem Rotorkörper (32) angeordnet ist, - at least one rotor winding (36) which is arranged on the rotor body (32),
- eine Kommutatoreinheit (30), die mit dem Rotorkörper (32) mitdrehend angeordnet ist und elektrisch mit der mindestens einen Rotorwicklung (36) verbunden ist, - a commutator unit (30), which is arranged to rotate with the rotor body (32) and is electrically connected to the at least one rotor winding (36),
- einen feststehenden, einstückigen Kunststoffhaltekörper (18;18'), und - a fixed, one-piece plastic holding body (18; 18'), and
- mindestens ein Schleifkontaktelement (22), das durch den Kunststoffhaltekörper (18;18') gehalten ist, aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht und an der Kommutatoreinheit (30) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenradiallager (26) ein Gleitlager ist, wobei eine Gleitfläche (261) durch den Kunststoffhaltekörper (18;18') gebildet ist. - at least one sliding contact element (22), which is held by the plastic holding body (18; 18 '), consists of an electrically conductive material and rests on the commutator unit (30), characterized in that the shaft radial bearing (26) is a plain bearing, wherein a sliding surface (261) is formed by the plastic holding body (18; 18').
2. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei der gesamte Kunststoffhaltekörper (18; 18') aus einem einzigen Kunststoffmaterial besteht. Elektrische Maschine (10) nach Anspruch 1, wobei ein die Gleitfläche (261) bildender Lagerabschnitt (182) des Kunststoffhaltekörpers (18;18') und ein das mindestens eine Schleifkontaktelement (22) haltender Hauptabschnitt (181) des Kunststoffhaltekörpers (18;18') aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Gehäuseteil (14), das eine Gehäusekammer (12), in der der Statorkörper (38) und der Rotorkörper (32) angeordnet sind, radial begrenzt, wobei der Kunststoffhaltekörper (18) an einer offenen axialen Seite des Gehäuseteils (14) angeordnet ist und diese verschließt. Elektrische Maschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kunststoffhaltekörper (18') axial durchströmbar ist. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens ein Kontaktfahnenelement (24), das durch den Kunststoffhaltekörper (18;18') gehalten ist. Elektrische Maschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rotorwelle (34) über den Kunststoffhaltekörper (18;18') zumindest in einer axialen Richtung gelagert ist. 2. Electrical machine (10) according to claim 1, wherein the entire plastic holding body (18; 18 ') consists of a single plastic material. Electrical machine (10) according to claim 1, wherein a bearing section (182) of the plastic holding body (18; 18') forming the sliding surface (261) and a main section (181) of the plastic holding body (18; 18') holding the at least one sliding contact element (22) ) consist of different plastic materials. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, comprising a housing part (14) which radially delimits a housing chamber (12) in which the stator body (38) and the rotor body (32) are arranged, the plastic holding body (18) is arranged on an open axial side of the housing part (14) and closes it. Electrical machine (10) according to one of claims 1 to 3, wherein the plastic holding body (18') can be flowed through axially. Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, comprising at least one contact tab element (24) which is held by the plastic holding body (18; 18'). Electrical machine (10) according to one of the preceding claims, wherein the rotor shaft (34) is mounted via the plastic holding body (18; 18') at least in an axial direction.
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