DE102004028781A1

DE102004028781A1 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102004028781A1
Application number: DE102004028781A
Authority: DE
Inventors: Franc Bizak
Original assignee: Ascom doo
Current assignee: Ascom doo
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-12
Also published as: ATE388509T1; ES2302206T3; DK1726069T3; PL1726069T3; TW200618444A; DE502005003095D1; SI1726069T1; EP1726069B1; EP1726069A1; TWI407664B; US20070257577A1; WO2005124945A1; MXPA06014136A

Abstract

Bei einer elektrischen Maschine mit einem Stator (1) und einem Rotor (2), welcher in zwei Lagern (3) um seine Längsachse (4) drehbar gelagert ist und eine Rotorwicklung (5) aufweist, ist auf einem über eines der Lager vorstehenden Rotorzapfen (6) ein Schleifringelement (7) angeordnet. Dieses umfaßt einen aus isolierendem Material gefertigten Trägerkörper (8) mit einer Rotorzapfenbohrung (9) und mindestens zwei Schleifringe (10, 11), die stirnseitig aus dem Trägerkörper (8) des Schleifringelements (7) herausragende, mit der Rotorwicklung (5) verbundene Anschlüsse (12, 13) aufweisen. Die Anschlüsse (12, 13) ragen dabei aus der lagernahen Stirnseite (14) des Schleifringelements (7) heraus.

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
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
2 einen Radialschnitt entlang der Linie II-II der 1.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Elektrische Maschine mit einem Stator (1) und einem Rotor (2), welcher in zwei Lagern (3) um seine Längsachse (4) drehbar gelagert ist und eine Rotorwicklung (5) aufweist, wobei auf einem über eines der Lager vorstehenden Rotorzapfen (6) ein Schleifringelement (7) angeordnet ist, welches einen aus isolierendem Material gefertigten Trägerkörper (8) mit einer Rotorzapfenbohrung (9) und mindestens zwei Schleifringe (10, 11) umfaßt, die stirnseitig aus dem Trägerkörper (8) des Schleifringelements (7) herausragende, mit der Rotorwicklung (5) verbundene Anschlüsse (12, 13) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (12, 13) aus der lagernahen Stirnseite (14) des Schleifringelements (7) herausragen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (8) des Schleifringelements (7) an seiner lagernahen Stirnseite (14) im Bereich der Anschlüsse (12, 13) Vertiefungen (16) aufweist, die die äußersten Enden (17) der Leiter (18) der Rotorwicklung (5) aufnehmen.
Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß abisolierte Endbereiche der Rotorwicklung (5) in die Enden (15) der Anschlüsse (12, 13) der Schleifringe (10, 11) mechanisch eingeklemmt sind.
Elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Trägerkörper (8) mindestens ein vorgefertigter Distanzring (21) eingebettet ist, der den Axialspalt (22) zwischen jeweils zwei einander benachbarten Schleifringen (10, 11) überbrückt.
Elektrische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring (21) gestuft ausgeführt ist und sich zumindest teilweise in den Radialspalt (23) zwischen einem lagernahen Schleifring (10) und dem Anschluß (13) des benachbarten lagerfernen Schleifrings (11) hinein erstreckt.