DE102014225225A1

DE102014225225A1 - Electric machine with a potential equalization device

Info

Publication number: DE102014225225A1
Application number: DE102014225225.3A
Authority: DE
Inventors: Istvan Deak; Bernd Schroeder; Martin Henger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: CN105703548A; CN105703548B; DE102014225225B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem Stator (6) und einem in einem antriebsseitigen Kugellager (9) drehbar gelagerten Rotor (7), sowie mit einer Potentialausgleichsvorrichtung zum Abbau von an der Rotorwelle (8) auftretenden Wellenspannungen, die ein Schleifkontaktelement (28) hat, über das die Rotorwelle (8) elektrisch leitend mit dem Massepotential der elektrischen Maschine (1) verbunden ist, wobei das Schleifkontaktelement (28) an einem auf Massepotential liegenden Lagerschild (11), das das antriebsseitige Kugellager (9) aufnimmt, angebracht ist und dass das Schleifkontaktelement (28) an eine Gleitfläche (30) eines antriebsseitig mit der Rotorwelle (8) elektrisch leitend verbundenen Kontaktkörpers (34) mit einer Schleifkontaktfläche (31) anliegt.The invention relates to an electric machine having a stator (6) and a rotor (7) rotatably mounted in a drive-side ball bearing (9), and to an equipotential bonding device for reducing shaft voltages occurring at the rotor shaft (8), comprising a sliding contact element (28). has, via which the rotor shaft (8) is electrically conductively connected to the ground potential of the electric machine (1), wherein the sliding contact element (28) on a ground potential bearing plate (11) which receives the drive-side ball bearing (9) is mounted and in that the sliding contact element (28) bears against a sliding surface (30) of a contact body (34), which is connected in an electrically conductive manner to the rotor shaft (8) with a sliding contact surface (31).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Potentialausgleichsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an electrical machine with an equipotential bonding device according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Maschinen werden in unterschiedlichen Anwendungsbereichen als Antriebe und als Generatoren eingesetzt. In Kraftfahrzeugen kommen elektrische Maschinen vermehrt in so genannten Rekuperationssystemen zum Einsatz, wobei die elektrischen Maschinen sowohl eine Antriebsfunktion als auch eine Energierückgewinnungsfunktion übernehmen.Electrical machines are used in various applications as drives and as generators. In motor vehicles, electrical machines are increasingly used in so-called recuperation systems, with the electrical machines assuming both a drive function and an energy recovery function.

Elektrische Maschinen mit einem Stator und einem Rotor, der fremd- oder eigenerregt sein kann, können jeweils mit einem fest mit dem Rotor verbundenen Drehwinkelgeber ausgerüstet sein, der die Aufgabe hat, die Winkelposition des Rotors an eine Steuerung der elektrischen Maschine zu übertragen. Electric machines with a stator and a rotor, which may be foreign or self-excited, may each be equipped with a fixedly connected to the rotor rotary encoder, which has the task to transmit the angular position of the rotor to a controller of the electric machine.

Es ist bekannt, dass sich im Betrieb bei elektrischen Maschinen auf der Rotorwelle Wellenspannungen ausbilden können, die eine Spannungsdifferenz zur Maschinenmasse darstellen und unterschiedliche Ursachen haben können. Eine Ursache hierfür kann zum Beispiel die getaktete Ansteuerung der Stator- oder der Rotorwicklung mittels eines pulsweitenmodulierten Signals sein. Bei dieser Ursache treten umso höhere Wellenspannungen auf, je höher die Versorgungsspannung des Bordnetzes und damit die Betriebsspannung der elektrischen Maschine ist.It is known that shaft voltages can form on the rotor shaft during operation in electrical machines, which represent a voltage difference from the machine mass and can have different causes. One cause of this can be, for example, the clocked control of the stator or the rotor winding by means of a pulse width modulated signal. With this cause occur the higher shaft voltages, the higher the supply voltage of the electrical system and thus the operating voltage of the electric machine.

Eine weitere mögliche Ursache ist aber auch, dass elektrostatische Aufladungen zu hohen Wellenspannungen führen. Beispielsweise kann eine als Generator betriebene elektrische Maschine über einen Riemen angetrieben werden, sodass eine elektrische Aufladung des Rotors über den Riemen erfolgen kann.Another possible cause is that electrostatic charges lead to high shaft voltages. For example, an electric machine operated as a generator can be driven by a belt, so that electrical charging of the rotor can take place via the belt.

Entladen sich die auftretenden Wellenspannungen impulsartig über ein Lager, vorzugsweise über das antriebsseitige Kugellager, so hat dies einen impulsförmigen Stromfluss durch das Lager zur Folge. Dabei kann eine Funkenerosion im Bereich der Lagerflächen auftreten, was zu einer Schädigung des Lagers führen kann. Derartige spontane Entladungen über ein Lager des Rotors können insbesondere bei einem Versagen der Isolationswirkung des Lagerfetts in Form eines impulsförmigen Stromflusses auftreten, wodurch eine dauerhafte Belastung des Lagers dieses schädigt und die Lebensdauer des Lagers erheblich reduziert. If the occurring shaft voltages discharge in a pulse-like manner via a bearing, preferably via the drive-side ball bearing, this results in a pulsed current flow through the bearing. In this case, a spark erosion occur in the area of the bearing surfaces, which can lead to damage to the bearing. Such spontaneous discharges via a bearing of the rotor can occur in particular in case of failure of the insulating effect of the bearing grease in the form of a pulse-shaped current flow, whereby a permanent load on the bearing this damages and significantly reduces the life of the bearing.

Weiterhin führt das impulsartige Entladen der auf der Rotorwelle befindlichen Ladungsträger zur Entstehung elektromagnetischer Wellen, welche die elektromagnetische Verträglichkeit des Produktes negativ beeinflussen. Insbesondere kann dies die störungsfreie Funktion sich in der Nähe befindender elektrischer Geräte behindern.Furthermore, the pulse-like discharge of the charge carriers located on the rotor shaft leads to the formation of electromagnetic waves, which adversely affect the electromagnetic compatibility of the product. In particular, this may hinder the trouble-free operation of nearby electrical appliances.

Aus der DE 35 11 755 A1 ist eine Anordnung zum Ableiten von Wellenspannungen für elektrische Maschinen bekannt, bei der Ladungsträger von der Rotorwelle über einen Schleifkontaktelement abgeleitet werden. Hierzu wird eine zwischen Rotorwelle und Maschinenmasse wirksame Kapazität vorgesehen, der eine Induktivität in Serie zugeschaltet sein kann. Die Anordnung zum Ableiten von Wellenspannungen kann auch als Potentialausgleichsvorrichtung bezeichnet werden, da mit dieser zwischen Masse und Rotorwelle ein Potentialausgleich erzielt wird.From the DE 35 11 755 A1 An arrangement for deriving shaft voltages for electrical machines is known in which charge carriers are derived from the rotor shaft via a sliding contact element. For this purpose, an effective between rotor shaft and machine mass capacity is provided, which can be connected in series with an inductance. The arrangement for deriving wave voltages can also be referred to as an equipotential bonding device, as with this potential between ground and rotor shaft potential equalization is achieved.

Aus der DE 101 18 004 A1 ist ein Wechselstromgenerator mit Mitteln zur Unterdrückung der an seinem Läufer gespeicherten statischen Elektrizität bekannt, bei dem die Erregerwicklung des Läufers über einen ohmschen Widerstand mit der Welle des Läufers verbunden sein kann.From the DE 101 18 004 A1 is an alternator with means for suppressing the static electricity stored at its runner is known, in which the excitation winding of the rotor can be connected via a resistor to the shaft of the rotor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass das Schleifkontaktelement direkt an einem auf Massepotential liegenden Lagerschild, welches das antriebsseitige Wellenlager der Rotorwelle aufnimmt, angeordnet ist und direkt an einem antriebsseitig mit der Rotorwelle elektrisch leitend verbundenen Kontaktkörper mit einer Schleifkontaktfläche anliegt. Dadurch ist es möglich zwischen dem äußeren Lagerring und dem inneren Lagerring des antriebsseitigen Wellenlagers auf sehr kurzem elektrischem Weg einen Potentialausgleich herzustellen. Dadurch wird sichergestellt, dass im Bereich des antriebsseitigen Wellenlagers keine spontanen Entladungen über die Kugeln beziehungsweise über das Kugellagerfett erfolgen. Die Potentialausgleichsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus dem Schleifkontaktelement, dem Lagerschild und dem Kontaktkörper, wobei als Kontaktkörper vorzugsweise ein ohnehin an der Rotorwelle befestigtes Bauteil verwendet wird. Da auch das Lagerschild zur Aufnahme des Wellenlagers ohnehin vorhanden ist, erfordert die Potentialausgleichsvorrichtung lediglich die Anbringung eines zusätzlichen Schleifkontaktelements, was einen verhältnismäßig geringen Material- und Montageaufwand darstellt.The electrical machine according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the sliding contact element directly to a bearing at ground potential bearing plate which receives the drive-side shaft bearing of the rotor shaft, and directly to a drive side with the rotor shaft electrically connected contact body with a sliding contact surface is applied. This makes it possible to produce a potential equalization between the outer bearing ring and the inner bearing ring of the drive shaft bearing on a very short electrical path. This ensures that no spontaneous discharges take place via the balls or the ball bearing grease in the region of the drive-side shaft bearing. The equipotential bonding device consists essentially of the sliding contact element, the bearing plate and the contact body, wherein as a contact body preferably an already attached to the rotor shaft component is used. Since the bearing plate for receiving the shaft bearing is present anyway, the equipotential bonding device only requires the attachment of an additional sliding contact element, which represents a relatively low material and assembly costs.

Als Kontaktkörper wird vorzugsweise die antriebsseitig an der Rotorwelle befestigte Riemenscheibe der elektrischen Maschine oder eine angrenzend an das antriebsseitige Wellenlager angeordnete Schleuderscheibe verwendet. Sowohl die Riemenscheibe als auch die Schleuderscheibe, die das Wellenlager vor Verschmutzungen schützt, besitzen geeignete Gleitflächen, an denen das Schleifkontaktelement mit seiner Schleifkontaktfläche anliegen kann. Das Schleifkontaktelement kann aber auch an anderen Rotorbauteilen mit geeigneten Gleitflächen mit seiner Schleifkontaktfläche anliegen, beispielsweise am Innenring des Wellenlagers, am Klauenpol des Rotors, an einem Lüfter der Rotorwelle oder auch direkt an der Rotorwelle. Dabei kann das Schleifkontaktelement parallel zur Rotorachse oder auch in Radialrichtung zur Rotorachse ausgerichtet sein. Je nach Lage der Gleitfläche, an der das Schleifkontaktelement zur Anlage kommen soll, kann auch eine gegenüber der Rotorwelle geneigte Ausrichtung des Schleifkontaktelements vorgesehen werden. Grundsätzlich ist es dabei auch möglich, dass das Schleifkontaktelement nicht direkt am Lagerschild des antriebsseitigen Wellenlagers angebracht ist, sondern an einer mit dem Massepotential der elektrischen Maschine verbundenen Halterung, die mit dem Lagerschild verbunden sein kann.As a contact body, preferably the drive side attached to the rotor shaft pulley of the electric machine or an adjacent to the drive-side shaft bearing arranged centrifugal disc is used. Both the Pulley and the centrifugal disc, which protects the shaft bearing from contamination, have suitable sliding surfaces on which the sliding contact element can abut with its sliding contact surface. However, the sliding contact element can also rest against other rotor components with suitable sliding surfaces with its sliding contact surface, for example on the inner ring of the shaft bearing, on the claw pole of the rotor, on a fan of the rotor shaft or directly on the rotor shaft. In this case, the sliding contact element can be aligned parallel to the rotor axis or in the radial direction to the rotor axis. Depending on the position of the sliding surface on which the sliding contact element is to come to rest, an orientation of the sliding contact element which is inclined relative to the rotor shaft can also be provided. In principle, it is also possible that the sliding contact element is not mounted directly on the bearing plate of the drive-side shaft bearing, but at a connected to the ground potential of the electric machine bracket, which may be connected to the bearing plate.

Der Kontaktkörper kann aus einer Kupferlegierung hergestellt sein, sodass keinerlei zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, um eine für das Schleifkontaktelement geeignete Gleitfläche zu schaffen, an der das Schleifkontaktelement mit seinem Schleifkontakt anliegen kann und dabei eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Massepotential der elektrischen Maschine und der Rotorwelle herstellt.The contact body may be made of a copper alloy, so that no additional measures are required to provide a suitable sliding contact for the sliding surface on which the sliding contact element can abut with its sliding contact while maintaining a good electrical connection between the ground potential of the electric machine and the rotor shaft manufactures.

Der Kontaktkörper muss aber nicht zwingend aus einer zur Bildung eines Schleifkontakts geeigneten Kupferlegierung hergestellt sein, sondern es besteht auch die Möglichkeit, dass ein am Kontaktkörper angebrachter Schleifring die Gleitfläche für das Schleifkontaktelement bildet. Dieser Schleifring kann aus einer in Bezug auf das Schleifkontaktelement geeigneten Materialzusammensetzung bestehen. Damit ergibt sich die Möglichkeit, dass zum Potentialausgleich zwischen Maschinenmasse und Rotorwelle auch Kontaktkörper verwendet werden können, die keine optimalen Gleitflächen für einen Schleifkontakt besitzen. Ein am Kontaktkörper angebrachter Schleifring kann kostengünstig aus einer Kupferlegierung hergestellt sein, der somit gute Gleiteigenschaften und auch gute elektrische Kontakteigenschaften besitzt.However, the contact body need not necessarily be made of a copper alloy suitable for forming a sliding contact, but it is also possible that a slip ring attached to the contact body forms the sliding surface for the sliding contact element. This slip ring may consist of a material composition suitable with respect to the sliding contact element. This results in the possibility that contact bodies can be used for equipotential bonding between the machine mass and rotor shaft, which have no optimal sliding surfaces for a sliding contact. A mounted on the contact body slip ring can be inexpensively made of a copper alloy, which thus has good sliding properties and good electrical contact properties.

Das Schleifkontaktelement kann sehr kompakt als eine in einer metallischen Hülse eingesetzte Bürste ausgeführt sein, wobei die Bürste mittels einer Druckfeder gegen die Gleitfläche des Kontaktkörpers gedrückt wird. Das derart ausgeführte Schleifkontaktelement lässt sich besonders einfach mittels einer Presspassung in eine entsprechende Bohrung am Lagerschild einsetzen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Bürste und dem Lagerschild sichergestellt ist. Zusätzliche Kontaktierungsmaßnahmen zwischen Bürste und Lagerschild sind in diesem Fall nicht erforderlich.The sliding contact element can be made very compact as a brush inserted in a metallic sleeve, wherein the brush is pressed by means of a compression spring against the sliding surface of the contact body. The sliding contact element designed in this way can be particularly easily inserted by means of a press fit into a corresponding bore on the bearing plate, whereby the electrical connection between the brush and the bearing plate is ensured. Additional contacting measures between brush and bearing plate are not required in this case.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Bürste über eine Leitungslitze elektrisch leitend mit der Hülse verbunden sein. Damit wird einerseits eine optimale elektrische Verbindung zwischen Bürste und Hülse hergestellt und es wird außerdem sichergestellt, dass die Bürste vor und während der Montage nicht unbeabsichtigt aus der Hülse herausfällt, da die Leitungslitze die Längsverschiebbarkeit der Bürste innerhalb der Hülse begrenzt.According to a preferred embodiment of the invention, the brush can be electrically conductively connected via a wire strand with the sleeve. Thus, on the one hand, an optimum electrical connection between brush and sleeve is made and it is also ensured that the brush does not accidentally fall out of the sleeve before and during assembly because the lead strand limits the longitudinal displaceability of the brush within the sleeve.

Das Schleifkontaktelement kann auch als Kontaktfeder ausgebildet sein, die mittels einer Befestigungsschraube an dem Lagerschild des antriebsseitigen Wellenlagers befestigt ist. Eine derartige Kontaktfeder ist besonders kostengünstig herstellbar und auch einfach zu montieren, weshalb diese Ausführung für bestimmte Anwendungen sinnvoll sein kann. Bei Kontaktverbindungen mit höheren Ansprüchen an die Gleiteigenschaften und an die elektrischen Eigenschaften wird jedoch die Ausführung des Schleifkontaktelements als Bürste bevorzugt.The sliding contact element can also be designed as a contact spring, which is fastened by means of a fastening screw on the bearing plate of the drive-side shaft bearing. Such a contact spring is particularly inexpensive to produce and easy to install, which is why this design may be useful for certain applications. For contact connections with higher demands on the sliding properties and the electrical properties, however, the execution of the sliding contact element is preferred as a brush.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine Gesamtansicht einer elektrischen Maschine, 1 an overall view of an electric machine,

2 einen Längsschnitt der elektrischen Maschine von 1, 2 a longitudinal section of the electric machine of 1 .

3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2 im Bereich eines antriebsseitigen Wellenlagers mit einem am Lagerschild angebrachten Schleifkontaktelement, 3 an enlarged section 2 in the area of a drive-side shaft bearing with a sliding contact element attached to the end shield,

4 einen vergrößerten Ausschnitt wie bei 3 jedoch mit einem in einer Hülse einliegenden Schleifkontaktelement, 4 an enlarged section as in 3 but with a sliding contact element inserted in a sleeve,

5 und 6 perspektivische Darstellungen des Schleifkontaktelements von 4, 5 and 6 perspective views of the sliding contact element of 4 .

7 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich des antriebsseitigen Wellenlagers mit einem radial zur Rotorwelle ausgerichteten Schleifkontaktelement, 7 an enlarged detail in the region of the drive-side shaft bearing with a radially aligned with the rotor shaft sliding contact element,

8 eine Ausführung wie in 7 dargestellt, jedoch mit einem Schleifring, der die Kontaktfläche für das Schleifkontaktelement bildet, 8th an execution as in 7 shown, but with a slip ring, which forms the contact surface for the sliding contact element,

9 eine weitere Ausführung eines Schleifkontaktelements im Bereich des antriebsseitigen Wellenlagers und 9 a further embodiment of a sliding contact element in the region of the drive-side shaft bearing and

10 eine Ausführung wie in 9 dargestellt, jedoch mit einem an der Riemenscheibe der Rotorwelle angebrachten Schleifring. 10 an execution as in 9 shown, but with a mounted on the pulley of the rotor shaft slip ring.

1 zeigt die Ansicht einer elektrischen Maschine 1, deren Maschinenteil 2 einen Stator und einen im Stator einliegenden Rotor umfasst. Antriebsseitig ist eine Riemenscheibe 3 auf der Rotorwelle des Rotors montiert, über die mittels eines hier nicht dargestellten Antriebsriemens eine Drehmomentübertragung erfolgen kann. An der der Riemenscheibe 3 gegenüberliegenden Seite der elektrischen Maschine 1 befinden sich in einem Gehäuseteil 4 elektrische Einrichtungen zu Steuerungszwecken. Außerdem ist in 1 die Position eines Bürstenhalters 5 ersichtlich. 1 shows the view of an electric machine 1 whose machine part 2 a stator and a rotor in the stator. The drive side is a pulley 3 mounted on the rotor shaft of the rotor, via which a torque transmission can take place by means of a drive belt, not shown here. At the pulley 3 opposite side of the electric machine 1 are located in a housing part 4 electrical devices for control purposes. It is also in 1 the position of a brush holder 5 seen.

Im Längsschnitt von 2 ist der Aufbau der elektrischen Maschine 1 detaillierter ersichtlich. Das Maschinenteil 2 besteht im Wesentlichen aus dem Stator 6 und dem Rotor 7, dessen Rotorwelle 8 mittels eines antriebsseitigen Kugellagers 9 und eines gegenüberliegend angeordneten Kugellagers 10 drehbar gelagert ist. Das Kugellager 9 bildet das antriebsseitige Wellenlager für die Rotorwelle 8. Lagerschilde 11, 12, die Teil des Maschinengehäuses sind, dienen als Aufnahme für die Kugellager 9, 10. In the longitudinal section of 2 is the construction of the electric machine 1 in more detail. The machine part 2 consists essentially of the stator 6 and the rotor 7 , whose rotor shaft 8th by means of a drive-side ball bearing 9 and an oppositely disposed ball bearing 10 is rotatably mounted. The ball bearing 9 forms the drive-side shaft bearing for the rotor shaft 8th , end shields 11 . 12 , which are part of the machine housing, serve as a receptacle for the ball bearings 9 . 10 ,

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Rotor 7 Klauenpole 13. Eine Rotorwicklung 14 wird über den Bürstenhalter 5 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes bestromt. Im Gehäuse 15 des Bürstenhalters 5 sind gegen eine Federspannung verschieblich gelagerte Bürsten 16, 17 angeordnet. Die Bürsten 16, 17 gleiten auf Kupferschleifringen 18, 19, die mit der Rotorwicklung 14 elektrisch verbunden sind. Ein Drehwinkelgeber 20 dient zur Bestimmung der Winkelposition des Rotors 7 während des Betriebs. In the illustrated embodiment, the rotor has 7 claw poles 13 , A rotor winding 14 is over the brush holder 5 energized to generate a magnetic field. In the case 15 of the brush holder 5 are slidably mounted against a spring tension brushes 16 . 17 arranged. The brushes 16 . 17 glide on copper slip rings 18 . 19 connected to the rotor winding 14 are electrically connected. A rotary encoder 20 serves to determine the angular position of the rotor 7 during operation.

Der Drehwinkelgeber 20 ist mit der Rotorwelle 8 fest verbunden und besitzt als Geber einen Permanentmagneten, dessen Magnetfeld von im Gehäuseteil 4 befindlichen elektrischen Einrichtungen erfasst und zur Lagebestimmung des Rotors 7 ausgewertet wird. Je nach gewünschter Betriebsart der elektrischen Maschine 1 wird die Statorwicklung 21, die in einem Lamellenpaket 22 des Stators 6 einliegt, in Abhängigkeit von der Wickelposition des Rotors 7 bestromt. Im motorischen Betrieb wird eine elektrische Leistung in eine mechanische Leistung umgewandelt, zum Beispiel um ein Drehmoment zur Beschleunigung eines Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen, während im generatorischen Betrieb eine mechanische Leistung in eine elektrische Leistung umgewandelt wird, um beispielsweise das Bordnetz eines Fahrzeugs zu versorgen. Dabei erfolgt die Übertragung mechanischer Leistung über die fest mit der Rotorwelle 8 verbundene Riemenscheibe 3.The rotary encoder 20 is with the rotor shaft 8th firmly connected and has as a donor a permanent magnet whose magnetic field of in the housing part 4 detected electrical devices detected and for determining the position of the rotor 7 is evaluated. Depending on the desired operating mode of the electrical machine 1 becomes the stator winding 21 in a lamella package 22 of the stator 6 rests, depending on the winding position of the rotor 7 energized. In engine operation, electrical power is converted to mechanical power, for example, to provide torque to accelerate a vehicle, while in regenerative mode a mechanical power is converted to electrical power to power, for example, the vehicle electrical system. The transmission of mechanical power via the fixed with the rotor shaft 8th connected pulley 3 ,

In 2 ist mit strichpunktierter Linie ein Ausschnitt 23 markiert, der in 3 vergrößert dargestellt ist.In 2 is a section with dash-dotted line 23 marked in 3 is shown enlarged.

3 zeigt in vergrößerter Darstellung das antriebsseitige Ende der Rotorwelle 8, welches mittels des Kugellagers 9 gelagert ist. Am Ende der Rotorwelle 8 ist die Riemenscheibe 3 montiert. Zwischen dem Kugellager 9 und der Riemenscheibe 3 befindet sich eine Schleuderscheibe 24, die das Kugellager 9 vor Schmutz und Feuchtigkeit schützt. 3 shows an enlarged view of the drive end of the rotor shaft 8th , which by means of the ball bearing 9 is stored. At the end of the rotor shaft 8th is the pulley 3 assembled. Between the ball bearing 9 and the pulley 3 there is a slinger 24 that the ball bearing 9 protects against dirt and moisture.

Im Lagerschild 11 ist eine Bohrung 25 vorgesehen, die parallel zur Achse 26 der Rotorwelle 8 ausgerichtet ist. In der Bohrung 25 liegt ein Schleifkontaktelement 28 längsverschiebbar ein, welches hier als Bürste 27 ausgeführt ist. Die Bürste 27 kann aus einer Kupferlegierung oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen. Mittels einer Druckfeder 29 wird die Bürste 27 gegen eine Stirnseite der Riemenscheibe 3 gedrückt. Die der Bürste 27 zugewandte Stirnfläche der Riemenscheibe 3 bildet somit für die Bürste 27 eine Gleitfläche 30, an der die Bürste 27 mit ihrer Schleifkontaktfläche 31 anliegt.In the end shield 11 is a hole 25 provided, which are parallel to the axis 26 the rotor shaft 8th is aligned. In the hole 25 lies a sliding contact element 28 longitudinally displaceable, which here as a brush 27 is executed. The brush 27 may consist of a copper alloy or other suitable electrically conductive material with good sliding properties. By means of a compression spring 29 becomes the brush 27 against an end face of the pulley 3 pressed. The brush 27 facing end face of the pulley 3 thus forms for the brush 27 a sliding surface 30 at the brush 27 with its sliding contact surface 31 is applied.

Die Riemenscheibe 3 kann aus einer Kupferlegierung bestehen, die gute Gleiteigenschaften in Bezug auf die Schleifkontaktfläche 31 der Bürste 27 hat. In diesem Fall würde dann die Gleitfläche 30 ein Teil der Stirnfläche 32 der Riemenscheibe 3 sein. Die Gleitfläche 30 kann aber auch von einer auf der Stirnfläche 32 aufgebrachten Beschichtung 33 gebildet werden, die auf den Grundkörper der Riemenscheibe 3 als Folie oder Beschichtung aufgebracht ist.The pulley 3 can consist of a copper alloy, the good sliding properties with respect to the sliding contact surface 31 the brush 27 Has. In this case, then the sliding surface 30 a part of the face 32 the pulley 3 be. The sliding surface 30 But it can also be from one on the face 32 applied coating 33 formed on the main body of the pulley 3 is applied as a film or coating.

Die Riemenscheibe 3 bildet unmittelbar oder durch Aufbringen einer Beschichtung oder eines Kontaktrings einen Kontaktkörper 34, über den eine elektrische Verbindung zwischen der Rotorwelle 8 und dem auf Massepotential liegenden Lagerschild 11 hergestellt wird. Das Lagerschild 11 steht über das am Kontaktkörper 34 anliegende Schleifkontaktelement 28 in elektrisch leitender Verbindung. Damit können an der Rotorwelle 8 auftretende Wellenspannungen über eine Potentialausgleichsvorrichtung, welche aus dem Kontaktkörper 34 und dem Schleifkontaktelement 28 besteht, abgebaut werden. Es erfolgt somit zwischen der Rotorwelle 8 und dem Lagerschild 11 ein Potentialausgleich, indem an der Rotorwelle 8 aufgebaute Wellenspannungen über die als Kontaktkörper 34 dienende Riemenscheibe 3 und über das Schleifkontaktelement 28, welches auf Massepotential liegt, abgebaut werden. Dadurch wird vermieden, dass Spontanentladungen von Wellenspannungen über die Kugeln 35 auftreten, die bekanntlich zu Schädigungen an den Lagerflächen des Kugellagers 9 führen können.The pulley 3 forms a contact body directly or by applying a coating or a contact ring 34 , via which an electrical connection between the rotor shaft 8th and the bearing plate at ground potential 11 will be produced. The bearing plate 11 is above that on the contact body 34 fitting sliding contact element 28 in electrically conductive connection. This can be done on the rotor shaft 8th shaft voltages occurring via an equipotential bonding device, which from the contact body 34 and the sliding contact element 28 exists, be dismantled. It thus takes place between the rotor shaft 8th and the end shield 11 an equipotential bonding, by acting on the rotor shaft 8th constructed shaft voltages on the as a contact body 34 serving pulley 3 and over the sliding contact element 28 , which is at ground potential, be degraded. This avoids spontaneous discharges of shaft voltages across the balls 35 occur, as everyone knows Damage to the bearing surfaces of the ball bearing 9 being able to lead.

4 zeigt ebenfalls einen vergrößerten Ausschnitt der elektrischen Maschine 1 im antriebsseitigen Bereich, der in 2 mit strichpunktierter Linie markiert ist. Jedoch liegt bei der Ausführungsvariante von 3 die Bürste 27, die allgemein als Schleifkontaktelement 28 bezeichnet wird, in einer Hülse 36 zusammen mit der Druckfeder 29 ein. Außerdem ist die Bürste 27 mittels einer Leitungslitze 37, die als Kupferlitze ausgeführt sein kann, mit der Hülse 36 verbunden, sodass einerseits eine sichere elektrische Verbindung zwischen der Bürste 27 und der Hülse 36 gewährleistet ist und andererseits die Bürste 27 nicht vor oder während der Montage aus der Hülse 36 herausfallen kann. Die Leitungslitze 37 dient somit als elektrische Verbindung und als Sicherungselement für die Bürste 27. Auch bei der Ausführungsvariante von 4 liegt die Bürste 27 an einer Stirnseite der mit der Rotorwelle 8 verbundenen Riemenscheibe 3 an, um hier einen Potentialausgleich zwischen Rotorwelle 8 und dem Lagerschild 11 sicherzustellen. 4 also shows an enlarged section of the electric machine 1 in the drive - side area, which in 2 marked with a dash-dotted line. However, lies in the embodiment of 3 the brush 27 , commonly referred to as a sliding contact element 28 is referred to, in a sleeve 36 together with the compression spring 29 one. Besides, the brush is 27 by means of a wire strand 37 , which can be designed as a copper strand, with the sleeve 36 connected so that on the one hand a secure electrical connection between the brush 27 and the sleeve 36 is guaranteed and on the other hand, the brush 27 not before or during assembly from the sleeve 36 can fall out. The stranded wire 37 thus serves as an electrical connection and as a securing element for the brush 27 , Also in the embodiment of 4 lies the brush 27 on one end face of the rotor shaft 8th connected pulley 3 to here an equipotential bonding between the rotor shaft 8th and the end shield 11 sure.

In den 5 und 6 sind perspektivische Ansichten der in einer Bohrung 25 des Lagerschilds 11 gemäß 4 eingesetzten Hülse 36 dargestellt. Die Hülse 36 besteht vorzugsweise aus einem korrosionsgeschützten Metall und wird in die Bohrung 25 des Lagerschilds 11 eingepresst, sodass eine elektrische Verbindung zwischen der Hülse 36 und dem Lagerschild 11 besteht. Die in der Hülse 36 einliegende Bürste 27 ist über eine rückseitig an der Hülse 36 herausgeführte Leitungslitze 37 mit der Hülse 36 verbunden. In 5 ist die kreisförmige Schleifkontaktfläche 31 der Bürste 27 ersichtlich.In the 5 and 6 are perspective views of the in a bore 25 of the end shield 11 according to 4 inserted sleeve 36 shown. The sleeve 36 is preferably made of a corrosion-protected metal and is in the hole 25 of the end shield 11 pressed, so that an electrical connection between the sleeve 36 and the end shield 11 consists. The in the sleeve 36 inset brush 27 is on the back of the sleeve 36 lead out lead wire 37 with the sleeve 36 connected. In 5 is the circular sliding contact surface 31 the brush 27 seen.

7 zeigt nun ebenfalls entsprechend dem in 2 gekennzeichneten Ausschnitt 23 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das als Bürste 27 ausgebildete Schleifkontaktelement 28 radial zur Längsachse 26 der Rotorwelle 8 ausgerichtet ist. Die Bürste 27 liegt in einer Hülse 36 ein und wird mittels einer Druckfeder 29 gegen eine Gleitfläche 30 gedrückt. Die Gleitfläche 30 befindet sich an der Umfangsfläche einer als Kontaktkörper 34 dienenden Schleuderscheibe 24, die drehfest mit der Rotorwelle 8 verbunden ist. Die Hülse 36 ist in eine Bohrung 25 eingesetzt, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Rotorwelle 8 und dem auf Massepotential liegenden Lagerschild 11 gewährleistet ist. 7 now also shows according to the in 2 marked section 23 another embodiment in which as a brush 27 trained sliding contact element 28 radial to the longitudinal axis 26 the rotor shaft 8th is aligned. The brush 27 lies in a sleeve 36 and is by means of a compression spring 29 against a sliding surface 30 pressed. The sliding surface 30 is located on the peripheral surface of a contact body 34 serving slinger 24 , the rotation with the rotor shaft 8th connected is. The sleeve 36 is in a hole 25 used, so that an electrically conductive connection between the rotor shaft 8th and the bearing plate at ground potential 11 is guaranteed.

Bei der in 8 dargestellten Ausführungsvariante ist an der Umfangsfläche der Schleuderscheibe 24 ein Schleifring 38 angebracht, der die Gleitfläche 30 für die Bürste 27 bildet. Der Schleifring 38 kann aus einer Kupferlegierung bestehen, die gute elektrische Eigenschaften besitzt und in Bezug auf die Schleifkontaktfläche 31 der Bürste 27 gute Gleiteigenschaften hat.At the in 8th illustrated embodiment is on the peripheral surface of the centrifugal disc 24 a slip ring 38 attached to the sliding surface 30 for the brush 27 forms. The slip ring 38 may consist of a copper alloy, which has good electrical properties and with respect to the sliding contact surface 31 the brush 27 has good sliding properties.

9 zeigt nun ebenfalls im antriebsseitigen Ausschnitt 23 die Anordnung eines Schleifkontaktelements 28 in Form einer Kontaktfeder 39, die mittels einer Befestigungsschraube 40 mit dem Lagerschild 11 verschraubt und damit auch mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Auch hier dient die Riemenscheibe 3 als Kontaktkörper 34 für die Kontaktfeder 39, die an einer Stirnseite der Riemenscheibe 3 anliegt. 9 now also shows in the drive-side section 23 the arrangement of a sliding contact element 28 in the form of a contact spring 39 by means of a fixing screw 40 with the end shield 11 screwed and thus electrically connected to this. Again, the pulley is used 3 as a contact body 34 for the contact spring 39 on one end of the pulley 3 is applied.

In 10 ist abweichend von 9 die Riemenscheibe 3 so ausgebildet, dass an der Stirnseite, die eine Kontaktfläche für die Kontaktfeder 39 bildet, ein Schleifring 41 angebracht ist, der elektrisch leitend mit dem metallischen Grundkörper der Riemenscheibe 3 verbunden ist. Die Kontaktfeder 39 liegt somit am Schleifring 41 an, sodass über diese Kontaktverbindung ein Potentialausgleich zwischen der Rotorwelle 8 und dem auf Massepotential liegenden Lagerschild 11 hergestellt wird.In 10 is different from 9 the pulley 3 designed so that on the front side, which has a contact surface for the contact spring 39 forms, a slip ring 41 is mounted, the electrically conductive with the metallic body of the pulley 3 connected is. The contact spring 39 is thus at the slip ring 41 so that an equipotential bonding between the rotor shaft via this contact connection 8th and the bearing plate at ground potential 11 will be produced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3511755 A1 [0008]
DE 10118004 A1 [0009]

Claims

Electric machine with a stator ( 6 ) and one in a drive-side ball bearing ( 9 ) rotatably mounted rotor ( 7 ), as well as with an equipotential bonding device for the reduction of at the rotor shaft ( 8th ) occurring shaft voltages that a sliding contact element ( 28 ), over which the rotor shaft ( 8th ) electrically conductively connected to the ground potential of the electric machine ( 1 ), characterized in that the sliding contact element ( 28 ) on a bearing plate at ground potential ( 11 ), the drive-side ball bearing ( 9 ) is attached, and that the sliding contact element ( 28 ) to a sliding surface ( 30 ) one drive side with the rotor shaft ( 8th ) electrically conductively connected contact body ( 34 ) with a sliding contact surface ( 31 ) is present.

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the drive-side contact body ( 34 ) one on the rotor shaft ( 8th ) attached pulley ( 3 ).

Electrical machine according to claim 1, characterized in that the drive-side contact body ( 34 ) an adjacent to the drive-side ball bearing ( 9 ) arranged centrifugal disc ( 24 ).

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the contact body ( 34 ) is made of a copper alloy.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding surface ( 30 ) one on the contact body ( 34 ) applied electrically conductive coating ( 33 ) with respect to the sliding contact surface ( 31 ) of the sliding contact element ( 28 ) is low coefficient of friction.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that a on the contact body ( 34 ) mounted slip ring ( 38 . 41 ) the sliding surface ( 30 ).

Electrical machine according to claim 6, characterized in that the slip ring ( 38 . 41 ) consists of a copper alloy.

Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding contact element ( 28 ) a brush ( 27 ), which is in a bore ( 25 ) on the end shield ( 11 ) is longitudinally displaceable and the one compression spring ( 29 ) against the sliding surface ( 30 ) on the contact body ( 34 ) presses.

Electrical machine according to claim 8, characterized in that the brush ( 27 ) longitudinally displaceable in a hole in the ( 25 ) inserted sleeve ( 36 ) and via a stranded wire ( 37 ) electrically conductive with the sleeve ( 36 ) connected is.

Electrical machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sliding contact element ( 28 ) a contact spring ( 39 ), which by means of a fastening screw ( 40 ) on the end shield ( 11 ) is attached.