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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einem
Stator und einem Rotor, welcher in zwei Lagern um seine Längsachse
drehbar gelagert ist und eine Rotorwicklung aufweist, wobei auf
einem über
eines der Lager vorstehenden Rotorzapfen ein Schleifringelement
angeordnet ist, welches einen aus isolierendem Material gefertigten
Trägerkörper mit
einer Rotorzapfenbohrung und mindestens zwei Schleifringe umfaßt, die
stirnseitig aus dem Trägerkörper des
Schleifringelements herausragende, mit der Rotorwicklung verbundene
Anschlüsse aufweisen.
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Bei
einer elektrischen Maschine der vorstehend angegebenen Art, wie
sie in verschiedenen Ausführungen
hinlänglich
bekannt sind, kann es sich beispielsweise um die Lichtmaschine eines
Kraftfahrzeugs handeln. Über
das Schleifringelement wird dabei der in der Rotorwicklung induzierte
Strom in die elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs eingespeist.
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Übliche elektrische
Maschinen der gattungsgemäßen Art
sind dabei so aufgebaut, daß Endabschnitte
der Rotorwicklung durch Bohrungen, welche den Trägerkörper des Schleifringelements axial
durchdringen, hindurchgeführt
sind und an der lagerfernen Stirnseite des Schleifringelements mit den
dort aus dem Trägerkörper herausragenden
Anschlüssen
der Schleifringe elektrisch leitend verbunden sind. Dies gestattet
die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Enden der
Rotorwicklung und den Anschlüssen
der Schleifringe an der frei zugänglichen
Stirnseite des Schleifringelements. Dies gilt unabhängig davon,
ob die beiden Schleifringe zunächst
ein gemeinsames Bauteil bilden und erst nach dem Spritzen des Trägerkörpers elektrisch
getrennt werden, insbesondere durch Nutdrehen, oder aber von Anbeginn
zwei getrennte Bauteile sind.
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Gegenüber diesem
Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
elektrische Maschine der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, bei
der das Schleifringelement kompakter ausgeführt sein kann als nach dem
Stand der Technik, wobei zugleich die Montage des Schleifringelements
an dem vorgefertigten Rotor und die Kontaktierung der Schleifringe
mit der Rotorwicklung erleichtert sein soll.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anschlüsse an der
lagernahen Stirnseite des Schleifringelements aus dem Trägerkörper herausragen.
Charakteristisch für
das bei der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine eingesetzte Schleifringelement ist somit, daß dessen
Trägerkörper keine
axialen Durchgangsbohrungen für
das Hindurchführen
der Endabschnitte der Rotorwicklung zu der lagerfernen Stirnseite
des Schleifringelements aufweist. Denn die Anschlüsse der
Schleifringe ragen erfindungsgemäß an der
lagernahen Stirnseite des Schleifringelements aus dem Trägerkörper heraus.
Der Wegfall der nach dem Stand der Technik für das Hindurchführen der
Endabschnitte der Rotorwicklung durch den Trägerkörper des Schleifringelements
erforderlichen axialen Durchgangsbohrungen gestattet es, die radialen
Abmessungen des Schleifringelements zu reduzieren. Des weiteren
entfällt
bei der Montage des entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeführten Schleifringelements
an dem vorgefertigten Rotor der mit dem Hindurchfädeln der
Endabschnitte der Rotorwicklung durch die genannten axialen Durchgangsbohrungen
verbundene Aufwand. Dies führt
zu einer vereinfachten Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen
Maschine verglichen mit einer solchen nach dem Stand der Technik.
Der Fertigungsprozeß ist
darüber
hinaus auch weniger störanfällig; denn
gerade Probleme beim Hindurchfädeln
der z.T. recht dünnen
Drähte
der Rotorwicklung durch die genannten axialen Durchgangsbohrungen
sind in der Praxis immer wieder Auslöser für Montagestillstände.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist
vorgesehen, daß der
Trägerkörper des
Schleifringelements an seiner lagernahen Stirnseite im Bereich der
Anschlüsse Vertiefungen
aufweist, die die äußersten
Enden der Rotorwicklung aufnehmen. Solche Vertiefungen, die insbesondere
radial außen
unmittelbar benachbart zu den Anschlüssen der Schleifringe ausgeführt sein können, unterstützen die
lagerichtige Positionierung der Enden der Rotorwicklung bei der
Montage des Schleifringelements; sie erleichtern auf diese Weise die
Montage des Schleifringelements und tragen zu einer besonders zuverlässigen elektrischen
Verbindung der Anschlüsse
der Schleifringe mit der Rotorwicklung bei.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind abisolierte
Endbereiche der Rotorwicklung in die Anschlüsse der Schleifringe mechanisch
eingeklemmt. Hierzu sind die Anschlüsse der Schleifringe bevorzugt
zunächst
endseitig V-förmig
ausgeführt,
wobei die V-förmig
ausgeführten
Enden der Anschlüsse
der Schleifringe dabei besonders bevorzugt radial nach außen hin
geöffnet sind.
Nach dem Einlegen der durch Ab isolieren der Endabschnitte der Rotorwicklung
freigelegten Leiter in die V-förmigen
Enden der Anschlüsse
werden diese zu einer beidseitigen innigen Anlage an dem Leiter der
Rotorwicklung zusammengedrückt.
Das Zusammendrücken
kann dabei mittels Elektroden erfolgen, so daß zugleich mit der mechanischen
Verformung der Enden die Anschlüsse
ein Verschweißen
der Leiter der Rotorwicklung mit den Anschlüssen durch Widerstandsschweißen erfolgt.
Auch dies ist günstig insbesondere
im Hinblick auf eine einfache Montage des Schleifringelements und
die Herstellung einer zuverlässigen
elektrischen Verbindung zwischen der Rotorwicklung und den Schleifringen.
Andere geeignete Verfahren, die Leiter der Rotorwicklung mit den Anschlüssen der
Schleifringe zu verbinden, schließen das Löten oder das Laser-Schweißen ein.
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Eine
wiederum andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß in den
Trägerkörper mindestens
ein vorgefertigter, aus isolierendem Material bestehender Distanzring
eingebettet ist, der den Axialspalt zwischen jeweils zwei einander
benachbarten Schleifringen überbrückt. Dies
gestattet die Herstellung des Schleifringelements unter Verwendung
vorgefertigter, von Anfang an getrennter Schleifringe, die von beiden
Seiten her auf den Distanzring aufgesetzt werden, bevor die entsprechende
Einheit aus mindestens zwei Schleifringen und mindestens einem Distanzring
in einen Spritzgießwerkzeug
eingesetzt wird, in welchem der Trägerkörper gespritzt wird. Einer
nachträglichen
Bearbeitung des fertigen Schleifringelements insbesondere durch
Nutdrehen bedarf es somit in diesem Falle nicht.
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Besonders
bevorzugt ist der Distanzring dabei gestuft ausgeführt und
erstreckt sich zumindest teilweise in den Radialspalt zwischen einem
lagernahen Schleifring und dem Anschluß des benachbarten lagerfernen
Schleifrings hinein. Hierdurch wird eine gute Fixierung des Anschlusses
des lagerfernen Schleifrings erreicht, so daß dieser Anschluß sich beim
Spritzen des Trägerkörpers nicht
dergestalt radial nach außen
verformen kann, daß ein
Kurzschluß zu
dem benachbarten lagernahen Schleifring entsteht.
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Der
Distanzring kann aus demselben Material bestehen, aus dem auch der
Trägerkörper gespritzt
wird; dies kann sich im Hinblick auf eine gute Verbindung des Distanzrings
mit dem Trägerkörper als
günstig
erweisen. Zwingend ist dies indessen nicht. Vielmehr kann der Distanzring
auch aus einem anderen geeigneten isolierendem Material bestehen.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung
veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
Axialschnitt durch den mit dem Schleifringelement ausgestatteten
Endabschnitt des Rotors einer erfindungsgemäß ausgeführten elektrischen Maschine
bei noch nicht endgültig
fertiggestellter Verbindung der Rotorwicklung mit den Schleifringen
und
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2 einen
Radialschnitt entlang der Linie II-II der 1.
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Die
in der Zeichnung lediglich in dem hier interessierenden Bereich
dargestellte elektrische Maschine umfaßt einen Stator 1 und
einen Rotor 2. Der Rotor 2 ist in zwei Lagern 3 um
seine Längsachse 4 drehbar
gelagert. Er weist eine Rotorwicklung 5 auf.
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Auf
einem über
eines der Lager 3 vorstehenden Rotorzapfen 6 ist
ein Schleifringelement 7 angeordnet. Dieses umfaßt einen
aus isolierendem Material gefertigten Trägerkörper 8 mit einer Rotorzapfenbohrung 9 und
zwei Schleifringe, nämlich
einen lagernahen Schleifring 10 und einen lagerfernen Schleifring 11.
Jeder der Schleifringe 10 und 11 weist einen innen
von dem eigentlichen Ring abzweigenden, mit der Rotorwicklung 5 verbundenen
Anschluß 12 bzw. 13 auf.
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In
dem vorstehend dargelegten Umfang entspricht die in der Zeichnung
veranschaulichte elektrische Maschine dem hinlänglich bekannten Stand der Technik,
so daß es
insoweit näherer
Erläuterungen nicht
bedarf.
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Die
Anschlüsse 12 und 13 sind
in dem Trägerkörper 8 zu
der lagernahen Stirnseite 14 des Schleifringelements 7 geführt und
ragen aus der lagernahen Stirnseite 14 des Schleifringelements
heraus. Die Enden 15 der Anschlüsse 12 und 13 sind
in dem dargestellten Fertigungsstand V-förmig
ausgeführt
mit einer radial nach außen
geöffneten
V-Form.
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Radial
außen
benachbart zu den Anschlüssen 12 und 13 weist
der Trägerkörper 8 des
Schleifringelements 7 an seiner lagernahen Stirnseite 14 zwei
Vertiefungen 16 auf, die die äußersten Enden 17 der
durch Abisolieren freigelegten Leiter 18 der Rotorwicklung 5 aufnehmen.
Die freigelegten Leiter 18 der Rotorwicklung liegen im übrigen jeweils
im Grund der V-förmigen
Enden des 15 des zugeordneten Anschlusses 12 bzw. 13.
Das Zusammendrücken
der Enden 15 der Anschlüsse 12 und 13 mittels
jeweils zweier einander gegenüberstehender
Elektroden 19 und 20 führt zu einem mechanischen Verformen
jener Enden 15, durch welches die Leiter 18 mechanisch
mit den Anschlüssen
verklemmt werden, sowie zu einem Verschweißen der Leiter mit den Anschlüssen durch
Widerstandsschweißung.
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In
den Trägerkörper 8 ist
ein vorgefertigter Distanzring 21 eingebettet, der den
Axialspalt 22 zwischen den beiden Schleifringen 10 und 11 überbrückt. Der
Distanzring 21 ist gestuft ausgeführt, so daß er nicht nur stirnseitig
an den beiden Schleifringen 10 und 11 anliegt,
sondern auch teilweise an deren radial innerer Umfangsfläche. So
erstreckt sich der Distanzring 21 insbesondere auch teilweise
in den Radialspalt 23 zwischen dem lagernahen Schleifring 10 und
dem Anschluß 13 des
lagerfernen Schleifrings 11 hinein.