WO2018029217A1 - Elektrische maschineneinheit mit einer einem luftstrom ausgesetzten schleifring-anordnung - Google Patents

Elektrische maschineneinheit mit einer einem luftstrom ausgesetzten schleifring-anordnung Download PDF

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WO2018029217A1
WO2018029217A1 PCT/EP2017/070117 EP2017070117W WO2018029217A1 WO 2018029217 A1 WO2018029217 A1 WO 2018029217A1 EP 2017070117 W EP2017070117 W EP 2017070117W WO 2018029217 A1 WO2018029217 A1 WO 2018029217A1
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slip ring
electrical machine
machine unit
rotor
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PCT/EP2017/070117
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Bernd Schroeder
Peter Lang
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements

Definitions

  • the present invention relates to an electrical machine unit comprising an electric machine with a slip ring arrangement, wherein the slip ring arrangement is at least partially exposed to an air flow generated by a fan.
  • Electric machine units comprising an electric machine and power electronics mounted thereon are e.g. in motor vehicles as starters or generators or combined as starter generators or so-called boost recuperation machines (BRM) are used. They may, for example, a foreign-excited electric machine with rotor winding (exciter winding) and stator winding and power electronics downstream of the stator winding power converter with regulator (eg generator controller or field controller) having the voltage generated by the electric machine or the torque generated by the electric machine regulates.
  • regulator eg generator controller or field controller
  • the slip ring arrangement can comprise a carbon loop ring system in which sliding contacts designed as carbon brushes run on slip rings connected to the rotor and transmit the exciting current from or onto the rotating rotor.
  • sliding contacts designed as carbon brushes run on slip rings connected to the rotor and transmit the exciting current from or onto the rotating rotor.
  • the invention proposes an electrical machine unit comprising an electric machine with a stator, a rotor and a slip ring arrangement and a fan driven by the rotor, wherein the electrical machine unit is designed such that the slip ring arrangement is at least partially disposed in an intake path of the fan.
  • the slip ring assembly is located on the negative pressure side of the fan.
  • the invention has the advantage that the slip ring assembly is detected during operation of the fan of the sucked air flow and thus cooled by the sucked air flow. As a result, an undesired increase in temperature of the slip ring assembly during operation of the electric machine can be reduced or avoided altogether. This has the advantageous effect that increased by the operation of the electrical machine at elevated temperatures increased wear of the slip ring assembly can be reduced or even avoided altogether.
  • the invention offers the advantage that the durability or service life of particularly wear-prone carbon brushes, which are often used as sliding contacts, can be increased because unwanted temperature increases can be reduced or even avoided.
  • the longevity of conventional slip ring assemblies can be increased without requiring higher costs for slip ring assemblies of more expensive materials.
  • the fan is on a B-side, i. on the side facing away from the drive, arranged.
  • electric motors on the B side already have a fan for cooling the rotor and / or stator, which according to this preferred embodiment is now used simultaneously for cooling the slip ring arrangement.
  • the rotor and stator are on the overpressure side and the slip ring assembly on the negative pressure side of the fan.
  • the fan is rotatably connected to the rotor. This is a particularly simple and robust embodiment.
  • the electrical machine comprises a housing unit, wherein the housing unit at least partially covers the fan and at least partially einhaust the slip ring assembly.
  • the housing unit may be formed as a connection plate, which may serve to grow or connect an optionally existing power electronics to the electric machine.
  • the housings may be integrally formed, such as made of a cast or milled and / or stamped from one piece.
  • the housing unit may be formed in several pieces.
  • the housing unit may comprise a connection plate and a bearing plate, which may form the housing unit when assembled.
  • the housing unit may consist in particular of plastic and / or metal.
  • the housing unit has at least one air guide element on a part covering the fan and has at least one opening on a part housing the slip ring arrangement.
  • the air guide element may be formed as a nose and / or lamella, which is adapted to deflect the air flow at least partially in a desired direction.
  • the air guide element and the opening are arranged such that the air flow sucked by the fan flows at least partially over the slip ring arrangement.
  • the housing unit may on the one hand be designed to cover the fan at least partially and to einhausen the slip ring assembly, and on the other serve to at least partially deflect a sucked air flow of the fan, so that this at least partially flows through the slip ring assembly.
  • the at least one air guide element and / or the at least one opening at least partially form an air channel, wherein the air channel is designed to direct the air flow at least partially.
  • the housing unit is arranged on a side of the fan facing away from the stator.
  • the fan may be adjacent to the rotor on one side and covered on the other side by the housing unit.
  • the electrical machine unit further comprises a rotary encoder, which is at least partially disposed in the suction path of the fan. In electrical machines often a rotary encoder or its permanent magnet is mounted on the rotor shaft. The magnetic field of the permanent magnet rotating with the rotor is detected and used to determine the angular position of the rotor.
  • the cooling of the rotary encoder or in particular its permanent magnet is advantageous because the permanent magnet is demagnetized at high temperatures.
  • this avoids the technical disadvantage that, at elevated or high temperatures of the permanent magnet, its magnetic field becomes weaker, as a result of which rotor-bearing detection would become more difficult or less precise.
  • a rotor position detection and thus a motorized operation of the electric machine would not be possible at too high temperatures of the permanent magnet under certain circumstances.
  • the invention has the advantageous effect that an increase in the Angle error and thereby a reduction in the efficiency of the electric machine can be avoided in an efficient manner.
  • the electrical machine unit further comprises a power electronics, which is at least partially disposed in the intake of the fan.
  • the power electronics is thus at least partially exposed to the air flow sucked by the fan.
  • the sensor of the rotary encoder can be part of this power electronics.
  • the power electronics on a heat sink which is at least partially exposed to the air flow generated by the fan.
  • the fan is disposed between the stator and slip ring assembly, and the fan and slip ring assembly are disposed between the stator and the attached power electronics. This results in a particularly compact arrangement with good cooling effect.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical machine unit according to a preferred embodiment in an external view.
  • Figure 2 shows the electrical machine unit according to the preferred embodiment of Figure 1 in a longitudinal sectional view.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the region marked by the dashed line in FIG.
  • FIG. 4A shows a perspective view of a first side of a connection plate according to a preferred embodiment.
  • Figure 4B shows in a perspective view of a second side of the
  • Terminal plate according to a preferred embodiment of Figure 4A.
  • FIG. 5 shows a perspective illustration of an enclosure unit according to a preferred embodiment.
  • Figure 6 shows a schematic representation of the course of an air flow according to a preferred embodiment.
  • Figure 7 shows a schematic representation of the course of an air flow according to another preferred embodiment.
  • Figure 8 shows a schematic representation of the course of an air flow according to another preferred embodiment.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the course of an air flow according to a further preferred embodiment.
  • the electrical machine unit 10 which, for example, in a boost Recuperation system can be used, it includes an electric machine 12 and a housing unit, which has a connection plate 14 and a protective cap 15. Further, the electrical machine unit 10 includes power electronics 16, which is grown on the connection plate 14 to the electric machine 12 and seen covered by the protective cap 15. In addition, brush holder 18 of the electric machine can be seen in the illustration shown.
  • FIG 2 shows the electrical machine unit 10 according to the preferred embodiment of Figure 1 in a longitudinal sectional view.
  • the electric machine 12 comprises a rotor 20 and a stator or stator 22. Furthermore, the electric machine 12 on the stator 22 has a lamella pact 24 which is fixed between two bearing plates 38.
  • the end shields 38 also accommodate ball bearings 26 in which the rotor 20 is rotatably mounted with a rotor shaft 20a.
  • the rotor 20 is formed with claw poles 20b and a rotor winding 20c. The energization of the rotor winding 20c via a slip ring assembly 30th
  • Sliding contacts or carbon brushes of the brush holder 18 and a slip ring assembly 28 are formed as part of the slip ring assembly 30.
  • Sliding contacts slide on copper slip rings of slip ring assembly 28 which is fixedly connected to rotor 20 and adapted to rotate with rotor 20.
  • a respective fan 32 is arranged and in each case attached to the rotor 20.
  • the fans 32 are designed to co-rotate with the rotor 20 and thereby generate the necessary air flow for cooling the rotor 20 and the rotor winding 20c and the stator 22.
  • a rotary encoder 34 is mounted on the rotor shaft 20 a, which a
  • the rotary encoder 34 has, for example, a permanent magnet 34b attached to the rotor shaft 22a (see FIG. 3) and a sensor system, which may be part of the power electronics 16.
  • the magnet rotating with the rotor 20 The field of the permanent magnet 34b can be detected by the sensor and can thus serve to determine the angular position of the rotor 20.
  • the stator windings 22a of the stator 22 is energized in dependence on the angular position of the rotor 20.
  • a mechanical power is converted into an electrical power to supply, for example, the electrical system of a motor vehicle with electric power.
  • an electric power is converted into a mechanical power, for example to provide an additional torque for accelerating the vehicle (boosting).
  • the transmission of the mechanical power can be done for example via a pulley 36 which is fixedly connected to the rotor shaft 20a.
  • connection plate 14 which covers one of the fan 32 and connects the phases of the stator 22 with the power electronics 16. Furthermore, the connecting plate 14 serves to receive a portion of the slip ring assembly 30, in particular the brush holder 18. The connecting plate 14 encloses by means of a wall 14a, the slip ring assembly 28 of the slip ring assembly 30 and the rotary encoder 34 and thus protects these components from penetrating media and dirt.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the region marked by dashed line 900 in FIG.
  • Figure 3 shows an enlarged view of the grinding space, i. a portion of the slip ring assembly 30.
  • the slip ring assembly 28 includes two slip rings 28a and a plastic extrusion 28b.
  • the slip rings 28a are each electrically connected to bus bars 28c, with the other end of the bus bars 28c being connected to cable ends of the rotor winding 20c.
  • slip ring assembly 28 includes two sliding contacts 28d, which are slidably mounted in the brush holder 18, so that these on the slip rings 28a slide, wherein the slip rings 28a lead or transmit the electrical excitation current.
  • the rotary encoder 34 comprises an electrically non-conductive housing 34 a, the permanent magnet 34 b and a retaining pin 34 c, via which the rotary encoder
  • FIGS. 4A and 4B show in a perspective view of a first
  • connection plate 14 spans the slip ring space 14b by means of the wall 14a, which is designed to at least partially enclose the slip ring arrangement 30 or the slip ring assembly 28. Furthermore, the connection plate 14 comprises an air guide element 14c, which is designed to at least partially guide the air flow sucked in by the right-hand fan 32 (that is, on the B side of the electric machine 12) through the slip ring space 14b.
  • Figure 5 shows a perspective view of the housing unit, which according to the embodiment shown, the connection plate 14 and the bearing plate 38 has.
  • the air guide element 14c cooperates with the bearing plate 38 in such a way that an air channel 14d is formed which is able to guide the air flow at least partially through the slip ring space 14b in a particularly efficient manner.
  • the slip ring assembly 30 which is located according to the embodiments shown on the negative pressure side of the fan 32, or in the air intake, are particularly efficiently exposed to the sucked by the fan 32 airflow.
  • the slip ring assembly 30 at least partially, in particular the special heat-sensitive sliding contacts 28d and / or slip rings 28a, are effectively cooled in a simple manner, without the need for another, separate fan and / or heat sink must be provided.
  • Figure 6 shows a schematic representation of the course of an air flow according to a preferred embodiment.
  • the dashed line or the dashed arrow 910 indicates the direction of the air flow according to a preferred embodiment. Since the slip ring assembly 30 is located on the vacuum side or in the intake of the fan 32, the air flow passes through the slip ring assembly 30 in the direction of the fan 32. The air is sucked in the side and flows initially substantially perpendicular to the rotor shaft 20a inward. There, the air flow enters through an opening between the wall 14a and the rotary encoder 34 in the slip ring space 14b and flows parallel to the rotor shaft 20a through the slip ring space 14b in the direction of the fan 32 therethrough.
  • the air flow on the slip rings 28a and / or on the sliding contacts 28d and / or on other components of the slip ring assembly 30 heat absorbed and dissipate.
  • the air flow 910 is then drawn through the air guide element 14c and the air duct 14d in the direction of the fan.
  • the electrical machine unit 10 is designed such that the air over the
  • Figure 7 shows a schematic representation of the course of an air flow according to another preferred embodiment.
  • the course of the air flow is shown by the arrow 920.
  • the air flow is not sucked through an opening between the wall 14a and the rotary encoder 34.
  • the electrical machine unit has a separate suction element 40 with openings 40a through which the air flow can flow.
  • the suction member 40 may have holes as openings 40a for the air flow.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the course of an air flow 920 according to a further preferred embodiment.
  • the air stream sucked via a suction element 40 similar to the embodiment of Figure 7.
  • the suction element 40 is integrally formed with a heat sink of the power electronics 16 and formed on this.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the course of an air flow 920 according to a further preferred embodiment.
  • the air flow via a suction element 40, which is molded onto the heat sink of the power electronics 16, sucked similar to the embodiment of Figure 8.
  • the air guide component can be integrally formed at the other end to the connection plate 14, wherein a gap between the intake element 40 and the connection plate 14 can be used as an opening 40a to the air inlet.
  • the joint or parting line can be designed in the manner of a labyrinth to make it difficult to penetrate dirt.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrische Maschineneinheit (10) umfassend eine elektrische Maschine(12) mit einem Stator (22), einem Rotor (20) und einer Schleifringanordnung (30) und einen von dem Rotor (20) angetriebenen Lüfter (32), wobei die elektrische Maschineneinheit (10) derart ausgebildetist, dass die Schleifringanordnung (30) zumindest teilweise in einem Ansaugweg des Lüfters (32) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Maschineneinheit mit einer einem Luftstrom ausgesetzten Schleifringanordnung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschineneinheit umfassend eine elektrische Maschine mit einer Schleifringanordnung, wobei die Schleifringanordnung zumindest teilweise einem von einem Lüfter erzeugten Luftstrom ausgesetzt ist.
Stand der Technik
Elektrische Maschineneinheiten aufweisend eine elektrische Maschine und eine daran angebaute Leistungselektronik kommen z.B. in Kraftfahrzeugen als Starter oder Generatoren oder kombiniert als Startergeneratoren oder sog. Boost- Rekuperations-Maschinen (BRM) zum Einsatz. Sie können beispielsweise eine fremderregte elektrische Maschine mit Läuferwicklung (Erregerwicklung) und Ständerwicklung und als Leistungselektronik einen der Ständerwicklung nachgeschalteten Stromrichter mit Regler (z.B. Generatorregler bzw. Feldregler) aufweisen, der die von der elektrischen Maschine erzeugte Spannung bzw. das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment regelt.
Elektrische Maschinen bzw. Generatoren in Kraftfahrzeugen verfügen häufig über einen Rotor, dessen Wicklung oftmals über eine Schleifringanordnung elektrisch kontaktiert wird. Die Schleifringanordnung kann dabei ein Kohleschleifringsystem umfassen, bei welchem als Kohlebürsten ausgebildete Schleifkontakte auf mit dem Rotor verbundenen Schleifringen laufen und den Erregerstrom von dem oder auf den sich drehenden Rotor übertragen. Durch einen elektrischen Widerstand an dem Übergang zwischen Schleifring und Schleifkontakt wird elektrische Energie dissipiert, was zu einer Erwärmung der Schleifringanordnung führen kann. Sofern die Schleifringanordnung dabei eine kritische Temperatur erreicht, kann dies zur Folge haben, dass der Verschleiß an den Schleifringen und/oder an den Schleifkontakten, insbesondere an Kohlebürsten, erheblich zunimmt und die Lebensdauer der Schleifringe und/oder der Schleifkontakte erheblich abnimmt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Maschineneinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung schlägt eine elektrische Maschineneinheit vor, umfassend eine elektrische Maschine mit einem Stator, einem Rotor und einer Schleifringanordnung und einen von dem Rotor angetriebenen Lüfter, wobei die elektrische Maschineneinheit derart ausgebildet ist, dass die Schleifringanordnung zumindest teilweise in einem Ansaugweg des Lüfters angeordnet ist. Mit anderen Worten befindet sich die Schleifringanordnung auf der Unterdruckseite des Lüfters.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Schleifringanordnung während des Betriebs des Lüfters von dem angesaugten Luftstrom erfasst wird und somit durch den angesaugten Luftstrom gekühlt wird. Dadurch kann eine unerwünschte Temperaturerhöhung der Schleifringanordnung während des Betriebs der elektrischen Maschine reduziert oder gar ganz vermieden werden. Dies hat den vorteilhaften Effekt, dass ein durch den Betrieb der elektrischen Maschine bei erhöhten Temperaturen auftretender erhöhter Verschleiß der Schleifringanordnung vermindert oder gar ganz vermieden werden kann.
Insbesondere bietet die Erfindung den Vorteil, dass die Haltbarkeit bzw. Lebensdauer von besonders verschleißanfälligen Kohlebürsten, welche oftmals als Schleifkontakte verwendet werden, erhöht werden kann, da unerwünschte Temperaturerhöhungen vermindert oder gar vermieden werden können. Somit kann gemäß der Erfindung die Langlebigkeit von herkömmlichen Schleifringanordnungen erhöht werden, ohne dass dabei höhere Kosten für Schleifringanordnungen aus teureren Materialien erforderlich sind.
Zweckmäßigerweise ist der Lüfter auf einer B-Seite, d.h. auf der dem Antrieb abgewandten Seite, angeordnet. Häufig befindet sich bei elektrischen Maschinen auf der B-Seite bereits ein Lüfter zur Kühlung von Rotor und/oder Stator, der gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform nun gleichzeitig zur Kühlung der Schleifringanordnung verwendet wird. Vorzugsweise befinden sich Rotor und Stator auf der Überdruckseite und die Schleifringanordnung auf der Unterdruckseite des Lüfters.
Bevorzugt ist der Lüfter drehfest mit dem Rotor verbunden. Dabei handelt es sich um eine besonders einfache und robuste Ausführungsform.
Vorzugsweise umfasst die elektrische Maschine eine Einhausungseinheit, wobei die Einhausungseinheit den Lüfter zumindest teilweise abdeckt und die Schleifringanordnung zumindest teilweise einhaust. Beispielsweise kann die Einhausungseinheit als eine Anschlussplatte ausgebildet sein, welche dazu dienen kann, eine gegebenenfalls vorhandene Leistungselektronik an die elektrische Maschine anzubauen bzw. damit zu verbinden. Beispielsweise kann die Einhau- sungsplatte einstückig ausgebildet sein, wie etwa aus einem Guss gefertigt sein oder aus einem Stück gefräst und/oder gestanzt sein.
Alternativ kann die Einhausungseinheit mehrstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Einhausungseinheit eine Anschlussplatte und einen Lagerschild umfassen, welche zusammengesetzt die Einhausungseinheit bilden können.
Die Einhausungseinheit kann insbesondere aus Kunststoff und/oder Metall bestehen.
Vorzugsweise weist die Einhausungseinheit an einem dem Lüfter abdeckenden Teil zumindest ein Luftführungselement auf und weist an einem die Schleifringanordnung einhausenden Teil zumindest eine Öffnung auf. Beispielsweise kann das Luftführungselement als Nase und/oder Lamelle ausgebildet sein, welche geeignet ist, den Luftstrom zumindest teilweise in eine gewünschte Richtung abzulenken. Weiter bevorzugt sind das Luftführungselement und die Öffnung derart angeordnet, dass der vom Lüfter angesaugte Luftstrom zumindest teilweise über die Schleifringanordnung strömt. Somit kann die Einhausungseinheit einerseits dazu ausgebildet sein, den Lüfter zumindest teilweise abzudecken und die Schleifringanordnung einzuhausen, und andererseits dazu dienen, einen angesaugten Luftstrom des Lüfters zumindest teilweise umzulenken, so dass dieser dabei zumindest teilweise über die Schleifringanordnung strömt.
Vorzugsweise bilden das zumindest eine Luftführungselement und/oder die zumindest eine Öffnung zumindest teilweise einen Luftkanal, wobei der Luftkanal dazu ausgelegt ist, den Luftstrom zumindest teilweise zu lenken. Vorzugsweise ist die Einhausungseinheit an einer dem Stator abgewandten Seite des Lüfters angeordnet. Beispielsweise kann der Lüfter zur einen Seite an den Rotor angrenzen und auf der anderen Seite durch die Einhausungseinheit abgedeckt sein. Vorzugsweise weist die elektrische Maschineneinheit ferner einen Drehwinkelgeber auf, der zumindest teilweise in dem Ansaugweg des Lüfters angeordnet ist. Bei elektrischen Maschinen ist häufig ein Drehwinkelgeber bzw. dessen Permanentmagnet an der Rotorwelle angebracht. Das mit dem Rotor mitdrehende Magnetfeld des Permanentmagneten wird erfasst und dient zur Bestimmung der Winkelposition des Rotors. Die Kühlung des Drehwinkelgebers bzw. insbesondere dessen Permanentmagneten ist vorteilhaft, da der Permanentmagnet bei hohen Temperaturen entmagnetisiert. Insbesondere kann dadurch der technische Nachteil vermieden werden, wonach bei erhöhten bzw. hohen Temperaturen des Permanentmagneten sein Magnetfeld schwächer wird, wodurch die Rotorlager- erkennung erschwert bzw. ungenauer werden würde. Eine Rotorlageerkennung und damit ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine wäre bei zu hohen Temperaturen des Permanentmagneten unter Umständen gar nicht mehr möglich. Somit hat die Erfindung den vorteilhaften Effekt, dass eine Erhöhung des Winkelfehlers und dadurch eine Reduktion des Wirkungsgrades der elektrischen Maschine auf effiziente Weise vermieden werden kann.
Besonders bevorzugt umfasst die elektrische Maschineneinheit ferner eine Leistungselektronik, die zumindest teilweise in dem Ansaugweg des Lüfters angeordnet ist. Insbesondere ist somit die Leistungselektronik zumindest teilweise dem vom Lüfter angesaugten Luftstrom ausgesetzt. Insbesondere kann der Sensor des Drehwinkelgebers Teil dieser Leistungselektronik sein.
Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik einen Kühlkörper auf, welcher zumindest teilweise dem vom Lüfter erzeugten Luftstrom ausgesetzt ist.
Bevorzugt ist der Lüfter zwischen dem Stator und der Schleifringbaugruppe angeordnet und sind der Lüfter und die Schleifringbaugruppe zwischen dem Stator und der angebauten Leistungselektronik angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung mit guter Kühlwirkung.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine elektrische Maschineneinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Außenansicht.
Figur 2 zeigt die elektrische Maschineneinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus Figur 1 in einer Längsschnitt-Darstellung.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit der gestrichelten Linie in Figur 2 markierten Bereichs. Figur 4A zeigt in einer perspektivischen Darstellung von einer ersten Seite eine Anschlussplatte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Figur 4B zeigt in einer perspektivischen Darstellung von einer zweiten Seite die
Anschlussplatte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus Figur 4A.
Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Einhausungseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 7 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Figur 8 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Figur 9 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung Im Folgenden werden verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Gleiche oder ähnliche Teile bzw. Komponenten werden dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden gleiche oder ähnliche Teile bzw. Komponenten nur einmal erläutert, wenngleich sich die Erläuterungen auch auf die anderen Figuren beziehen, so- fern nicht anders angegeben.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine elektrische Maschineneinheit 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Außenansicht. Die elektrische Maschineneinheit 10, welche beispielsweise in einem Boost- Rekuperations-System verwendet werden kann, umfasst dabei eine elektrische Maschine 12 und eine Einhausungseinheit, die eine Anschlussplatte 14 und eine Schutzkappe 15 aufweist. Ferner umfasst die elektrische Maschineneinheit 10 eine Leistungselektronik 16, welche über die Anschlussplatte 14 an die elektri- sehe Maschine 12 angebaut und von der Schutzkappe 15 abgedeckt ist. Darüber hinaus sind in der gezeigten Darstellung Bürstenhalter 18 der elektrischen Maschine erkennbar.
Figur 2 zeigt die elektrische Maschineneinheit 10 gemäß der bevorzugten Aus- führungsform aus Figur 1 in einer Längsschnitt-Darstellung. Die elektrische Maschine 12 umfasst einen Rotor 20 und einen Ständer bzw. Stator 22. Ferner weist die elektrische Maschine 12 am Stator 22 ein Lamellenpakt 24 auf, welches zwischen zwei Lagerschilden 38 fixiert ist. Die Lagerschilde 38 nehmen auch Kugellager 26 auf, in welchen der Rotor 20 mit einer Rotorwelle 20a rotatorisch ge- lagert ist. Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist der Rotor 20 mit Klauenpolen 20b und einer Rotorwicklung 20c ausgebildet. Die Bestromung der Rotorwicklung 20c erfolgt über eine Schleifringanordnung 30.
Schleifkontakte bzw. Kohlebürsten des Bürstenhalters 18 sowie eine Schleifring- baugruppe 28 sind dabei als Teil der Schleifringanordnung 30 ausgebildet. Die
Schleifkontakte gleiten auf Kupferschleifringen der Schleifringbaugruppe 28, die fest mit dem Rotor 20 verbunden und dazu ausgelegt ist, mit dem Rotor 20 mit- zu rotieren. Beidseitig der Klauenpole 20b ist jeweils ein Lüfter 32 angeordnet und jeweils an dem Rotor 20 befestigt. Die Lüfter 32 sind dabei dazu ausgelegt, mit dem Rotor 20 mitzurotieren und dabei den notwendigen Luftstrom zur Kühlung des Rotors 20 bzw. der Rotorwicklung 20c und des Stators 22 zu erzeugen. Ferner ist an der Rotorwelle 20a ein Drehwinkelgeber 34 angebracht, welcher ein
Signal bereitstellt, mittels welchem die Lage des Rotors 20 ermittelt werden kann. Der Drehwinkelgeber 34 weist beispielsweise einen an der Rotorwelle 22a angebrachten Permanentmagneten 34b (siehe Figur 3) und eine Sensorik auf, die Teil der Leistungselektronik 16 sein kann. Das mit dem Rotor 20 mitdrehende Mag- netfeld des Permanentmagneten 34b kann von der Sensorik erfasst werden und kann somit zur Bestimmung der Winkelposition des Rotors 20 dienen. Je nach gewünschter Betriebsart der elektrischen Maschineneinheit 10, also beispielsweise ob als Generator oder als Elektromotor, wird die Ständerwicklungen 22a des Stators 22 in Abhängigkeit der Winkelposition des Rotors 20 bestromt. Im generatorischen Betrieb wird eine mechanische Leistung in eine elektrische Leistung umgewandelt, um beispielsweise das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Strom zu versorgen. Im motorischen Betrieb wird eine elektrische Leistung in eine mechanische Leistung umgewandelt, beispielsweise um ein zu- sätzliches Drehmoment zur Beschleunigung des Fahrzeuges (Boosten) zur Verfügung zu stellen. Die Übertragung der mechanischen Leistung kann dabei beispielsweise über eine Riemenscheibe 36 erfolgen, die fest mit der Rotorwelle 20a verbunden ist. Zwischen der Leistungselektronik 16 und der elektrischen Maschine 12 (d.h. im
Anschluss an das Lagerschild 38) befindet sich eine Anschlussplatte 14, welche einen der Lüfter 32 abdeckt und die Phasen des Stators 22 mit der Leistungselektronik 16 verbindet. Weiterhin dient die Anschlussplatte 14 zur Aufnahme eines Teils der Schleifringanordnung 30, insbesondere des Bürstenhalters 18. Die Anschlussplatte 14 umschließt mittels einer Wandung 14a die Schleifringbaugruppe 28 der Schleifringanordnung 30 sowie den Drehwinkelgeber 34 und schützt somit diese Komponenten vor eindringenden Medien und Schmutz.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des mit der gestrichelten Linie 900 in Figur 2 markierten Bereichs. Insbesondere zeigt Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Schleifraumes, d.h. eines Bereichs der Schleifringanordnung 30. Die Schleifringbaugruppe 28 umfasst zwei Schleifringe 28a und eine Kunststoffum- spritzung 28b. Die Schleifringe 28a sind jeweils mit Stromschienen 28c elektrisch verbunden, wobei jeweils das andere Ende der Stromschienen 28c mit Kabelen- den der Rotorwicklung 20c verbunden ist.
Ferner umfasst die Schleifringanordnung 28 zwei Schleifkontakte 28d, welche im Bürstenhalter 18 verschiebbar gelagert sind, so dass diese auf den Schleifringen 28a gleiten, wobei die Schleifringe 28a den elektrischen Erregerstrom führen bzw. übertragen.
Der Drehwinkelgeber 34 umfasst ein elektrisch nicht-leitendes Gehäuse 34a, den Permanentmagneten 34b und einen Haltestift 34c, über den der Drehwinkelgeber
34 fest mit der Rotorwelle 20a verbunden ist, beispielsweise über eine Presspassung.
Die Wandung 14a der Anschlussplatte 14 bildet einen Teil der Einhausungsein- heit, insbesondere einen Schleifringraum 14b, welcher die Schleifringe 28a einhaust bzw. umschließt und auf diese Weise die Schleifringe 28a, die Schleifkontakte 28d und den Drehwinkelgeber 34 vor dem Eindringen von Schmutz und Fluiden schützt. Figuren 4A und 4B zeigen in einer perspektivischen Darstellung von einer ersten
Seite bzw. einer zweiten Seite eine Anschlussplatte 14 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Dabei ist erkennbar, dass die Anschlussplatte 14 mittels der Wandung 14a den Schleifringraum 14b aufspannt, welcher dazu ausgelegt ist, die Schleifringanordnung 30 bzw. die Schleifringbaugruppe 28 zumindest teilwei- se zu umschließen. Ferner umfasst die Anschlussplatte 14 ein Luftführungselement 14c, welches dazu ausgebildet ist, um den von dem in Figur 2 rechten Lüfter 32 (d.h. auf der B-Seite der elektrischen Maschine 12) angesaugten Luftstrom zumindest teilweise durch den Schleifringraum 14b zu lenken. Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Einhausungseinheit, welcher gemäß der gezeigten Ausführungsform die Anschlussplatte 14 und das Lagerschild 38 aufweist. Das Luftführungselement 14c wirkt dabei mit dem Lagerschild 38 derart zusammen, dass ein Luftkanal 14d entsteht, welcher den Luftstrom auf ganz besonders effiziente Weise zumindest teilweise durch den Schleifringraum 14b zu leiten vermag. Auf diese Weise kann die Schleifringanordnung 30, welche sich gemäß den gezeigten Ausführungsformen auf der Unterdruckseite des Lüfters 32, bzw. im Luftansaugbereich, befindet besonders effizient dem von dem Lüfter 32 angesaugten Luftstrom ausgesetzt werden. Somit kann die Schleifringanordnung 30 zumindest teilweise, insbesondere die beson- ders hitzegefährdeten Schleifkontakte 28d und/oder Schleifringe 28a, auf einfache Weise effektiv gekühlt werden, ohne dass dafür ein weiterer, separater Lüfter und/oder Kühlkörper vorgesehen werden muss. Figur 6 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die gestrichelte Linie bzw. der gestrichelte Pfeil 910 zeigt dabei den Richtungsverlauf des Luftstroms gemäß einer bevorzugten Ausführungsform an. Da sich die Schleifringanordnung 30 auf der Unterdruckseite bzw. im Ansaugbereich des Lüfters 32 befindet, verläuft der Luftstrom entsprechend durch die Schleifringanordnung 30 in Richtung des Lüfters 32. Die Luft wird dabei seitlich angesaugt und strömt zunächst im Wesentlichen senkrecht zur Rotorwelle 20a nach innen. Dort tritt der Luftstrom durch eine Öffnung zwischen der Wandung 14a und dem Drehwinkelgeber 34 in den Schleifringraum 14b ein und strömt parallel zur Rotorwelle 20a durch den Schleif- ringraum 14b in Richtung des Lüfters 32 hindurch. Dabei kann der Luftstrom an den Schleifringen 28a und/oder an den Schleifkontakten 28d und/oder an sonstigen Komponenten der Schleifringanordnung 30 entstandene Wärme aufnehmen und abführen. Der Luftstrom 910 wird sodann durch das Luftführungselement 14c bzw. den Luftkanal 14d in Richtung des Lüfters gesogen. Gegebenenfalls ist die elektrische Maschineneinheit 10 derart ausgelegt, dass die Luft auch über die
Leistungselektronik 16 und/oder einen davon umfassten Kühlkörper strömt.
Figur 7 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Der Verlauf des Luftstroms ist dabei durch den Pfeil 920 dargestellt. Abweichend von der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform wird dabei der Luftstrom nicht durch eine Öffnung zwischen der Wandung 14a und dem Drehwinkelgeber 34 gesogen. Stattdessen weist in der gezeigten Ausführungsform die elektrische Maschineneinheit ein separates Ansaugelement 40 mit Öffnungen 40a auf, welche von dem Luftstrom durchströmt werden können. Beispielsweise kann das Ansaugelement 40 Löcher als Öffnungen 40a für den Luftstrom aufweisen.
Figur 8 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms 920 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Dabei wird der Luft- strom über ein Ansaugelement 40 ähnlich zur Ausführungsform aus Figur 7 angesaugt. Gemäß der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform ist das Ansaugelement 40 einstückig mit einem Kühlkörper der Leistungselektronik 16 ausgebildet bzw. an diesen angeformt.
Figur 9 zeigt in einer schematischen Darstellung den Verlauf eines Luftstroms 920 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Dabei wird der Luftstrom über ein Ansaugelement 40, welches an den Kühlkörper der Leistungselektronik 16 angeformt ist, ähnlich zur Ausführungsform aus Figur 8 angesaugt. Das Luftführungsbauteil kann dabei am anderen Ende an die Anschlussplatte 14 angeformt sein, wobei eine Fuge zwischen dem Ansaugelement 40 und der Anschlussplatte 14 als Öffnung 40a zum Lufteinlass genutzt werden kann. Die Fuge bzw. Trennfuge kann dabei nach Art eines Labyrinths ausgestaltet sein, um das Eindringen von Schmutz zu erschweren.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Maschineneinheit (10) umfassend eine elektrische Maschine (12) mit einem Stator (22), einem Rotor (20) und einer Schleifringanordnung (30) und einen von dem Rotor (20) angetriebenen Lüfter (32), wobei die elektrische Maschineneinheit (10) derart ausgebildet ist, dass die Schleifringanordnung (30) zumindest teilweise in einem Ansaugweg des Lüfters (32) angeordnet ist.
2. Elektrische Maschineneinheit (10) nach Anspruch 1 , wobei der Lüfter (32) auf einer B-Seite der elektrischen Maschine (12) angeordnet ist.
3. Elektrische Maschineneinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lüfter (32) drehfest mit dem Rotor (20) verbunden ist.
4. Elektrische Maschineneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Einhausungseinheit, wobei die Einhausungsein- heit den Lüfter (32) zumindest teilweise abdeckt und die Schleifringanordnung (30) zumindest teilweise einhaust.
5. Elektrische Maschineneinheit (10) nach Anspruch 4, wobei die Einhausungseinheit an einem dem Lüfter (32) abdeckenden Teil zumindest ein Luftführungselement (14c) aufweist und an einem die Schleifringanordnung (30) einhausenden Teil zumindest eine Öffnung aufweist, wobei das Luftführungselement (14c) und die Öffnung derart angeordnet sind, dass ein vom Lüfter (32) angesaugter Luftstrom zumindest teilweise über die Schleifringanordnung (30) strömt.
6. Elektrische Maschineneinheit (10) nach Anspruch 5, wobei das zumindest eine Luftführungselement (14c) und/oder die zumindest eine Öffnung zumin- dest teilweise einen Luftkanal (14d) bilden, wobei der Luftkanal (14d) dazu ausgelegt ist, den angesaugten Luftstrom zumindest teilweise zu lenken.
7. Elektrische Maschineneinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Einhausungseinheit an einer dem Stator (22) abgewandten Seite des
Lüfters (32) angeordnet ist.
8. Elektrische Maschineneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Drehwinkelgeber (34), der zumindest teilweise in dem Ansaugweg des Lüfters (32) angeordnet ist.
9. Elektrische Maschineneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Leistungselektronik (16), die zumindest teilweise in dem Ansaugweg des Lüfters (32) angeordnet ist.
10. Elektrische Maschineneinheit nach Anspruch 9, wobei der Lüfter (32) zwischen dem Stator (22) und der Schleifringbaugruppe (30) angeordnet ist, und wobei der Lüfter (32) und die Schleifringbaugruppe (30) zwischen dem Stator (20) und der angebauten Leistungselektronik (16) angeordnet sind.
1 1 . Elektrische Maschineneinheit (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Leistungselektronik (16) einen Kühlkörper aufweist, der zumindest teilweise in dem Ansaugweg des Lüfters (32) angeordnet ist.
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