DE102020111398A1

DE102020111398A1 - Brush guide for an electrical machine, slip ring assembly and electrical machine

Info

Publication number: DE102020111398A1
Application number: DE102020111398.6A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Klein
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2020-04-27
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bürstenführung (150,für eine elektrische Maschine (100), in der eine Bürste (170), die mit einem Schleifring (140) eines Rotors (110) der elektrischen Maschine (100) in Kontakt zu bringen ist, anordenbar und in Richtung eines des Schleifringes (140) zuzuwendenden Endes führbar und mit Kraft beaufschlagbar ist, wobei die Bürstenführung (150, 150") auf einer Innenseite eine der Bürste (170) zuzuwendende Wandung (157) aufweist, die sich in eine Längsrichtung (L), die einer Richtung, in der die Bürste (170) mit Kraft beaufschlagbar ist, entspricht, erstreckt und in Umfangsrichtung (U) geschlossen ist, wobei die Wandung (157) in einem Aufweitungsbereich (180), der sich in Längsrichtung (L) nur über einen Teil der gesamten Länge und in Umfangsrichtung (U) über zumindest einen Teil des Umfangs erstreckt, einen größeren Abstand (A) zu einer Bürste (170), wenn diese in die Bürstenführung (150, 150") eingebracht ist, hat als außerhalb des Aufweitungsbereichs.The invention relates to a brush guide (150) for an electrical machine (100), in which a brush (170), which is to be brought into contact with a slip ring (140) of a rotor (110) of the electrical machine (100), can be arranged and can be guided and acted upon by force in the direction of an end facing the slip ring (140), the brush guide (150, 150 ") having on an inner side a wall (157) facing the brush (170), which extends in a longitudinal direction (L) , which corresponds to a direction in which the brush (170) can be acted upon by force, extends and is closed in the circumferential direction (U), the wall (157) in a widening area (180) which extends in the longitudinal direction (L) only Extending over part of the entire length and in the circumferential direction (U) over at least part of the circumference, has a greater distance (A) from a brush (170) when it is introduced into the brush guide (150, 150 ") than outside of the expansion area.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstenführung für eine elektrische Maschine, in der eine Bürste, die mit einem Schleifring eines Rotors der elektrischen Maschine in Kontakt zu bringen ist, anordenbar ist, einen Schleifringübertrager sowie eine solche elektrische Maschine.The present invention relates to a brush guide for an electrical machine in which a brush, which is to be brought into contact with a slip ring of a rotor of the electrical machine, can be arranged, a slip ring transmitter and such an electrical machine.

Stand der TechnikState of the art

In Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen kann zur Bordnetzversorgung eine elektrische Maschine in Form eines Generators, insbesondere eines Drehstromgenerators, eingesetzt werden. Ein solcher Generator umfasst typischerweise einen mechanischen Aufbau mit Gehäuse, Lagerung, Rotor, Stator und Schleifringübertrager, sowie einen elektrischen Aufbau mit Rotor- und Statorwicklung, Gleichrichterdioden und Regler.In vehicles or motor vehicles, an electrical machine in the form of a generator, in particular a three-phase generator, can be used to supply the on-board network. Such a generator typically comprises a mechanical structure with housing, bearing, rotor, stator and slip ring transmitter, as well as an electrical structure with rotor and stator windings, rectifier diodes and regulator.

Zur Übertragung der elektrischen Energie in den drehenden Rotor sind am Rotor typischerweise Schleifringe vorhanden bzw. vorgesehen, die mit der Wicklung des Rotors verbunden sind. Einen Gegenpart zu den Schleifringen bilden in der Regel Bürsten, insbesondere Kohlebürsten, die auch in den Regler des Generators integriert sein können. Die Bürsten werden typischerweise in einer Bürstenführung oder einem sog. Köcher bzw. Bürstenköcher geführt, die aus Kunststoff hergestellt sein kann.To transfer the electrical energy into the rotating rotor, slip rings are typically present or provided on the rotor, which are connected to the winding of the rotor. Brushes, in particular carbon brushes, which can also be integrated into the regulator of the generator, usually form a counterpart to the slip rings. The brushes are typically guided in a brush guide or a so-called holder or brush holder, which can be made of plastic.

Neben reinen Generatoren gibt es auch als sog. Startergeneratoren, insbesondere riemengetriebene Startergeneratoren (RSG), ausgebildete elektrische Maschinen. Der vorstehend beschriebene Aufbau gilt hierfür in der Regel ebenfalls, wobei der Gleichrichter und der Regler jedoch üblicherweise nicht separat, sondern in einer gemeinsamen Elektronikeinheit verbaut sind. Durch den Einsatz von beispielsweise MOSFETS oder anderen Schalterelementen anstatt der Gleichrichterdioden ist es dann möglich, im Gegensatz zu reinen Generatoren, auch motorische Betriebsbereiche zu nutzen.In addition to pure generators, there are also electrical machines designed as so-called starter generators, in particular belt-driven starter generators (RSG). The structure described above generally also applies to this, with the rectifier and the regulator, however, usually not being installed separately but rather in a common electronic unit. By using, for example, MOSFETS or other switch elements instead of rectifier diodes, it is then possible, in contrast to pure generators, to also use motor-driven operating areas.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden eine Bürstenführung für eine elektrische Maschine, ein Schleifringübertrager sowie eine elektrische Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a brush guide for an electrical machine, a slip ring and an electrical machine with the features of the independent claims are proposed. Advantageous refinements are the subject matter of the subclaims and the description below.

Die Erfindung geht aus von einer Bürstenführung, auch als Köcher, Bürstenköcher oder Bürstenhalter bezeichnet, für eine elektrische Maschine wie insbesondere einen Generator oder Startergenerator, in der eine Bürste, insbesondere eine Kohlebürste, die mit einem Schleifring eines Rotors der elektrischen Maschine in Kontakt zu bringen ist, anordenbar und in Richtung eines des Schleifringes zuzuwendenden Endes führbar und mit Kraft beaufschlagbar ist.The invention is based on a brush guide, also referred to as a quiver, brush quiver or brush holder, for an electrical machine such as, in particular, a generator or starter generator, in which a brush, in particular a carbon brush, is brought into contact with a slip ring of a rotor of the electrical machine is, can be arranged and guided in the direction of an end to be turned towards the slip ring and can be subjected to force.

Typischerweise sind bei einer solchen elektrischen Maschine zwei Schleifringe vorgesehen, die jeweils mit einem Ende der Rotorwicklung elektrisch leitend verbunden sind. Entsprechend sind in einer solchen elektrischen Maschine dann auch zwei dieser Bürsten vorgesehen, die jeweils entsprechend geführt werden. Hierzu kann dann für jede dieser Bürsten jeweils eine Bürstenführung als separate Komponente vorgesehen sein, denkbar und üblich ist es aber auch, dass in der Bürstenführung zwei Bürsten vorgesehen und geführt sind. Mit anderen Worten sind dann zwei Bürstenführungen in einer gemeinsamen Einheit bzw. Komponente vorgesehen, wie später auch noch im Rahmen der Figurenbeschreibung erläutert. Bürstenführung(en) und Schleifring(e) zusammen werden auch als Schleifringübertrager bezeichnet.Typically, two slip rings are provided in such an electrical machine, each of which is electrically conductively connected to one end of the rotor winding. Correspondingly, two of these brushes are then also provided in such an electrical machine, each of which is guided accordingly. For this purpose, a brush guide can be provided as a separate component for each of these brushes, but it is also conceivable and customary for two brushes to be provided and guided in the brush guide. In other words, two brush guides are then provided in a common unit or component, as will also be explained later in the context of the description of the figures. Brush guide (s) and slip ring (s) together are also referred to as slip ring assemblies.

Die Bürstenführung weist auf einer Innenseite eine der Bürste zuzuwendende Wandung auf, die sich in eine Längsrichtung, die einer Richtung, in der die Bürste mit Kraft beaufschlagbar ist, entspricht, erstreckt und in Umfangsrichtung geschlossen ist. Mit anderen Worten bildet die Wandung also einen Kanal in der Bürstenführung. Aus Fertigungs- und Montagegründen sind die Dimensionen von Wandung und einzubringender Bürste dabei so, dass ein gewisses Spiel bzw. ein gewisser Spalt zwischen Bürste und Wandung verbleibt, der typischerweise eine Breite von weniger als einem Millimeter aufweist, meist nur wenige Zehntel Millimeter wie beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Dieser Spalt ermöglich im Übrigen auch eine ordnungsgemäße Funktionalität, da nur so die Bürste in dem Bürstenhalter bzw. dem Kanal beweglich bleibt.The brush guide has on an inner side a wall to be turned towards the brush, which wall extends in a longitudinal direction which corresponds to a direction in which the brush can be acted upon with force and which is closed in the circumferential direction. In other words, the wall thus forms a channel in the brush guide. For manufacturing and assembly reasons, the dimensions of the wall and the brush to be introduced are such that a certain play or a certain gap remains between the brush and the wall, which is typically less than a millimeter wide, usually only a few tenths of a millimeter, such as between 0.1 mm and 0.5 mm. This gap also enables proper functionality, since this is the only way that the brush remains movable in the brush holder or the channel.

Wie sich gezeigt hat, kann dieser Spalt aufgrund einer Kapillarwirkung dazu führen, dass Wasser bzw. anderes Medium, darin eindringt. Eine komplette Abdichtung des Bürstenhalters oder des Schleifringübertragers oder gar der elektrischen Maschine ist in aller Regel nicht möglich, um eine ausreichende Kühlung sämtlicher Komponenten zu ermöglichen, zumal wenn es sich um eine luftgekühlte elektrische Maschine handelt.As has been shown, due to a capillary effect, this gap can lead to water or other medium penetrating into it. A complete sealing of the brush holder or the slip ring assembly or even the electrical machine is usually not possible in order to enable sufficient cooling of all components, especially if it is an air-cooled electrical machine.

Eindringendes Wasser kann z.B. einen Kurzschluss verursachen. Wenn das Wasser zudem Schmutz enthält, kann dieser Schmutz im Spalt dazu führen, dass die Bürste an der Wandung festklebt, was zur Funktionsunfähigkeit des gesamten Schleifringübertragers führt. Insgesamt besteht also die Gefahr von Funktionseinschränkungen des gesamten Systems, auch eines Reglers.Penetrating water can cause a short circuit, for example. If the water also contains dirt, this dirt in the gap can cause the brush to stick to the wall, which leads to the functionality of the entire slip ring assembly. Overall, there is therefore the risk of functional restrictions of the entire system, including a controller.

Um den Eintritt von Medium wie Wasser in den Bereich des Schleifringübertragers zu verringern kann versucht werden, den betreffenden Bereich weitestgehend zu kapseln. Denkbar und auch zweckmäßig ist es, die zur Kühlung nötigen Öffnungen in Form oder Art eines Labyrinths zu gestalten, um den Eintritt von Medium zumindest zu verringern. Auch kann die elektrische Maschine im eingebauten Zustand derart angeordnet werden, dass das offene Ende der Bürstenführung bzw. die Austrittsöffnung, also das dem Schleifring zuzuwendende Ende, in Schwerkraftrichtung gesehen nach unten zeigt. Wie sich gezeigt hat, kann jedoch auch damit das Eindringen von Wasser bzw. anderem Medium nicht vollständig verhindert werden. Auch bei der erwähnten Anordnung kann Medium durch die Rotation der Schleifringe in den Spalt zwischen Bürste und Bürstenführung bzw. dessen Wandung gelangen und durch die Kapillarwirkung in den Spalt eindringen.In order to reduce the entry of medium such as water into the area of the slip ring assembly, attempts can be made to encapsulate the area in question as far as possible. It is conceivable and also expedient to design the openings required for cooling in the form or type of a labyrinth in order to at least reduce the entry of medium. In the installed state, the electrical machine can also be arranged in such a way that the open end of the brush guide or the outlet opening, that is to say the end facing the slip ring, points downward when viewed in the direction of gravity. As has been shown, however, this cannot completely prevent the ingress of water or other medium. Even with the arrangement mentioned, medium can get into the gap between the brush and brush guide or its wall due to the rotation of the slip rings and penetrate into the gap due to the capillary action.

Im Rahmen der Erfindung wird daher vorgeschlagen, den Spalt lokal aufzuweiten, um so die Kapillarwirkung zu unterbrechen. Dazu wird in einem Aufweitungsbereich, der sich in Längsrichtung nur über einen Teil der gesamten Länge und in Umfangsrichtung über zumindest einen Teil des Umfangs erstreckt, der Abstand zwischen die Wandung und Bürste größer als außerhalb des Aufweitungsbereichs gewählt. Mit anderen Worten wird also Aufweitungsraum in der Bürstenführung gebildet, der dazu führt, dass in diesem Aufweitungsbereich der Abstand zwischen Wandung und Bürste (insbesondere deutlich) größer ist als es beim üblichen Spalt der Fall ist. In diesem Aufweitungsbereich bzw. diesem Aufweitungsraum kann damit keine Kapillarwirkung mehr auftreten und ein (weiterer) Einritt von Medium wie Wasser wird zumindest ab diesem Aufweitungsbereich verhindert.In the context of the invention it is therefore proposed to widen the gap locally in order to interrupt the capillary action. For this purpose, the distance between the wall and the brush is selected to be greater than outside the expansion area in an expansion area which extends in the longitudinal direction only over part of the entire length and in the circumferential direction over at least part of the circumference. In other words, an expansion space is thus formed in the brush guide, which means that in this expansion area the distance between the wall and the brush is (in particular significantly) greater than is the case with the usual gap. In this widening area or this widening space, capillary action can no longer occur and a (further) entry of medium such as water is prevented at least from this widening area.

In diesem Sinne ist es auch besonders vorteilhaft, wenn der Aufweitungsbereich (also der Aufweitungsraum) entfernt von einem, in Längsrichtung gesehen, dem Schleifring zuzuwendenden Ende der Wandung angeordnet ist. Zweckmäßig kann es sein, wenn ein dem Schleifring zuzuwendendes Ende des Aufweitungsbereichs, in Längsrichtung gesehen, zwischen 1% und 10% der Länge der Bürstenführung - denkbar sind auch z.B. 1 mm oder 2 mm - entfernt von dem dem Schleifring zuzuwendenden Ende der Wandung angeordnet ist. Mit anderen Worten sollte dieser Aufweitungsbereich bzw. dieser Aufweitungsraum möglichst nahe an der Austrittsöffnung angeordnet sein, da von dort Medium eindringen kann, um die Kapillarwirkung möglichst früh zu unterbrechen.In this sense, it is also particularly advantageous if the widening area (that is to say the widening space) is arranged at a distance from an end of the wall which, viewed in the longitudinal direction, faces the slip ring. It can be useful if one end of the widening area facing the slip ring, viewed in the longitudinal direction, is between 1% and 10% of the length of the brush guide - 1 mm or 2 mm are also conceivable - away from the end of the wall facing the slip ring . In other words, this expansion area or this expansion space should be arranged as close as possible to the outlet opening, since medium can penetrate from there in order to interrupt the capillary action as early as possible.

Anzumerken ist hierzu, dass nicht zuletzt aus Gründen der ordnungsgemäßen Führung der Bürste im Kanal bzw. in der Bürstenführung an der Austrittsöffnung , d.h. dem Schleifring zuzuwendenden Ende der Wandung, nur ein übliches Spiel bzw. eine übliche Spaltbreite zwischen Köcher und Bürste herrschen sollte, was dazu führt, dass der Aufweitungsbereich bzw. Aufweitungsraum zumindest etwas entfernt von der Austrittsöffnung angeordnet sein sollte.It should be noted that, not least for reasons of proper guidance of the brush in the channel or in the brush guide at the outlet opening, ie the end of the wall facing the slip ring, there should only be a normal clearance or a normal gap width between the quiver and the brush, which leads to the fact that the expansion area or expansion space should be arranged at least somewhat away from the outlet opening.

Vorzugsweise erstreckt sich der Aufweitungsbereich über zumindest 90°, bevorzugt zumindest 180°, weiter bevorzugt zumindest 270°, in Umfangsrichtung. Besonders bevorzugt ist an sich, wenn sich der Aufweitungsbereich über 360°, also den vollen Umfang, erstreckt, allerdings kann auch schon dann ein vorteilhafter Effekt erzielt werden, wenn sich der Aufweitungsbereich nur um einen Teil des Umfangs erstreckt.The widening area preferably extends over at least 90 °, preferably at least 180 °, more preferably at least 270 °, in the circumferential direction. It is particularly preferred if the widening area extends over 360 °, that is to say the full circumference, but an advantageous effect can also be achieved if the widening area only extends around part of the circumference.

Wie schon erwähnt, ist es üblich, dass zwei Bürstenführungen in einer gemeinsamen Einheit bzw. Komponente vorgesehen sind bzw. dass zwei Kanäle für Bürsten in einer Bürstenführung vorgesehen sind. Hier ist es dann besonders zweckmäßig, wenn sich die Aufweitungsbereiche bei den beiden Bürstenführungen bzw. Kanälen jeweils nur um einen Teil des Umfangs, z.B. 180° oder 270° erstrecken, sodass an den verbleibenden Teilen des Umfangs die Bürstenführungen bzw. Kanäle nahe aneinander angeordnet werden können.As already mentioned, it is customary for two brush guides to be provided in a common unit or component or for two channels for brushes to be provided in a brush guide. Here it is particularly useful if the widening areas in the two brush guides or channels each only extend around part of the circumference, e.g. 180 ° or 270 °, so that the brush guides or channels are arranged close to one another on the remaining parts of the circumference can.

An dieser Stelle sei auch erwähnt, dass der Aufweitungsraum eine dem restlichen Kanal entsprechende Form der Querschnittsfläche haben kann, aber nicht muss. Beispielsweise weist eine typische Bürste einen rechteckigen Querschnitt auf, sodass entsprechend auch der durch die Wandungen der Bürstenführung gebildete Kanal meist einen rechteckigen Querschnitt aufweist. In diesem Sinne kann nun auch der Aufweitungsraum eine rechteckige Außenform haben, so dass er insgesamt ein Rechteckspalt oder U-Spalt ist. Er kann aber auch eine (halb-)runde oder ovale Außenform haben. Denkbar ist beispielsweise, dass sich bei einem rechteckigen Querschnitt der Aufweitungsbereich über drei der geraden Seiten erstreckt, also um 270° des Umfangs, und einen U-Spalt bildet.At this point it should also be mentioned that the expansion space can, but does not have to, have a cross-sectional area corresponding to the rest of the channel. For example, a typical brush has a rectangular cross section, so that the channel formed by the walls of the brush guide usually also has a rectangular cross section. In this sense, the expansion space can now also have a rectangular outer shape, so that it is a rectangular gap or U-gap overall. But it can also have a (semi-) round or oval outer shape. It is conceivable, for example, that in the case of a rectangular cross section, the widening area extends over three of the straight sides, that is to say around 270 ° of the circumference, and forms a U-gap.

Es ist auch von Vorteil, wenn sich der Aufweitungsbereich in Längsrichtung über höchstens 50%, bevorzugt höchstens 25%, der Länge der Bürstenführung erstreckt. Damit kann einerseits die Kapillarwirkung bereits ausreichend aufgehoben werden, andererseits kann weiterhin eine stabile und ordnungsgemäße Führung der Bürsten gewährleistet werden.It is also advantageous if the widening area extends in the longitudinal direction over a maximum of 50%, preferably a maximum of 25%, of the length of the brush guide. In this way, on the one hand, the capillary effect can already be sufficiently eliminated, and, on the other hand, stable and proper guidance of the brushes can still be guaranteed.

Vorzugsweise ist die Wandung in dem Aufweitungsbereich um zumindest 10%, bevorzugt zumindest 20°, einer, insbesondere mittleren, inneren Breite (z.B. Durchmesser oder Kantenlänge)der Bürstenführung außerhalb des Aufweitungsbereichs zurückgesetzt. Denkbar sind auch einige wenigen Millimeter wie z.B. 2, 3, 4 oder 5 mm. Mit anderen Worten beträgt die Spaltbreite des Aufweitungsraums diesen Wert, ggf. ergänzt um ein ohnehin vorhandenes Spiel. Dies ist ausreichend, die Kapillarwirkung aufzuheben und benötigt nicht übermäßig viel Bauraum.The wall is preferably set back in the widening area by at least 10%, preferably at least 20 °, of an, in particular middle, inner width (for example diameter or edge length) of the brush guide outside the widening area. A few millimeters, such as 2, 3, 4 or 5 mm, are also conceivable. In other words, the gap width is Expansion space this value, possibly supplemented by an already existing game. This is sufficient to cancel the capillary effect and does not require an excessive amount of installation space.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Schleifringübertrager mit einer erfindungsgemäßen Bürstenführung, mit einem Schleifring, und mit einem den Schleifring umgebenden Schleifraumschutzelement. Dabei ist zwischen dem Schleifraumschutzelement und dem Bürstenhalter eine Öffnung in Form eines Labyrinths vorgesehen. Damit wird erreicht, dass bereits weniger Medium in die Eintrittsöffnung der Bürstenführung gelangt, wie vorstehend auch schon angesprochen.The invention also relates to a slip ring transmitter with a brush guide according to the invention, with a slip ring, and with a grinding space protection element surrounding the slip ring. An opening in the form of a labyrinth is provided between the grinding space protection element and the brush holder. This ensures that less medium already reaches the inlet opening of the brush guide, as already mentioned above.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine elektrische Maschine mit einem Rotor sowie mit einem Schleifring und einer erfindungsgemäßen Bürstenführung bzw. mit einem erfindungsgemäßen Schleifringübertragen. Dabei ist in der Bürstenführung eine Bürste angeordnet ist, die in Richtung des Schleifrings mit Kraft beaufschlagt ist.The invention also relates to an electrical machine with a rotor and with a slip ring and a brush guide according to the invention or with a slip ring according to the invention. In this case, a brush is arranged in the brush guide, which is acted upon with force in the direction of the slip ring.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass sowohl der Schleifringübertrager als auch die elektrische Maschine jeweils zwei Schleifringe und zwei Bürstenführungen mit ggf. dann entsprechend zwei Bürsten aufweisen kann, wobei jede der beiden Bürstenführungen wie beschrieben ausgebildet sein kann.At this point it should be mentioned that both the slip ring transmitter and the electrical machine can each have two slip rings and two brush guides, possibly with two brushes, where each of the two brush guides can be designed as described.

Hinsichtlich der weiteren Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen des Schleifringübertrager sowie der elektrischen Maschine sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zur Bürstenführung verwiesen, die hier entsprechend gelten.With regard to the further advantages and preferred configurations of the slip ring assembly and the electrical machine, reference is made to the above statements on brush guidance, which apply here accordingly, in order to avoid repetition.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

1 shows schematically an electrical machine according to the invention in a preferred embodiment.
2 shows schematically a brush guide not according to the invention.
3 shows schematically a brush guide according to the invention in a preferred embodiment.
4th shows schematically a brush guide according to the invention in a further preferred embodiment.
5 shows schematically a slip ring assembly according to the invention in a preferred embodiment.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, die auch eine erfindungsgemäße Bürstenführung 150 in einer bevorzugten Ausführungsform aufweist.In 1 is roughly schematically an electrical machine according to the invention 100 shown in a preferred embodiment, which also has a brush guide according to the invention 150 in a preferred embodiment.

Die elektrische Maschine 100, die insbesondere in motorischem und generatorischem Betrieb verwendet werden kann, besonders bevorzugt auch in einem sog. Boost-Rekuperations-System (d.h. zur Energierückgewinnung und Antriebsunterstützung), weist einen Läufer bzw. Rotor 110 auf einer Welle 111 auf, der beispielsweise hier nicht näher dargestellte Klauenpole und eine Läuferwicklung zur Erzeugung eines Magnetfelds aufweist. Entsprechend ist auch ein Ständer bzw. Stator 120 gezeigt, der beispielsweise eine hier nicht näher dargestellte Ständerwicklung aufweisen kann.The electric machine 100 which can be used in particular in motor and generator operation, particularly preferably also in a so-called boost recuperation system (ie for energy recovery and drive support), has a rotor or rotor 110 on a wave 111 which has, for example, claw poles not shown here and a rotor winding for generating a magnetic field. A stator or stator is also corresponding 120 shown, which can for example have a stator winding not shown here.

Teil der elektrischen Maschine 100 bzw. daran angeordnet ist hier nun eine Gleichrichter- bzw. Stromrichtereinheit 115 (bzw. ein Inverter), die beispielsweise an einem Gehäuse der elektrischen Maschine, das den Läufer 110 umgibt, angebracht sein kann.Part of the electrical machine 100 A rectifier or converter unit is now arranged thereon 115 (or an inverter), for example on a housing of the electrical machine that has the rotor 110 surrounds, can be attached.

Weiterhin ist vereinfacht dargestellt eine Schleifringübertragungseinheit bzw. ein Schleifringübertrager 130 mit der schon erwähnten Bürstenführung 150 mit zwei nicht näher bezeichneten Bürsten zu sehen, die zur Kontaktierung zweier Schleifringe 140 dienen und auf geeignete Weise mit der Gleichrichtereinheit 115 verbunden sind. Die Schleifringe sind auf geeignete Weise mit der Wicklung des Rotors bzw. Läufers 110 verbunden, sodass insgesamt Strom zwischen der Stromrichtereinheit 115 und der Wicklung des Rotors bzw. Läufers 110 fließen kann. In der Stromrichtereinheit 115 ist ein Regler zur Vorgabe des Stroms durch die Wicklung des Rotors bzw. Läufers 110 vorgesehen, mittels welchem im generatorischen Betrieb eine von der elektrischen Maschine 100 erzeugte Spannung und im motorischen Betrieb ein von der elektrischen Maschine 100 erzeugtes Drehmoment gereget werden können.Furthermore, a slip ring transmission unit or a slip ring transmitter is shown in simplified form 130 with the already mentioned brush guide 150 can be seen with two unspecified brushes that make contact with two slip rings 140 serve and in a suitable manner with the rectifier unit 115 are connected. The slip rings are suitably connected to the winding of the rotor or armature 110 connected so that a total of electricity between the converter unit 115 and the winding of the rotor or rotor 110 can flow. In the converter unit 115 is a regulator for setting the current through the winding of the rotor or armature 110 provided, by means of which in generator operation one of the electrical machine 100 generated voltage and in motor operation one from the electrical machine 100 generated torque can be controlled.

Wie eingangs schon erwähnt, kann die Bürstenführung bei Bedarf auch in die Stromrichtereinehit 115 integriert sein bzw. einen Teil davon bilden, was für die vorliegende Erfindung jedoch kaum bzw. nicht relevant ist.As already mentioned at the beginning, the brush guide can also be inserted into the converter unit if necessary 115 be integrated or form part of it, which, however, is hardly or not relevant for the present invention.

In 2 ist schematisch eine nicht erfindungsgemäße Bürstenführung 150' in einem Längsschnitt gezeigt, anhand welcher ein der vorliegenden Erfindung zugrundeliegendes Problem erläutert werden soll.In 2 is a schematic of a brush guide not according to the invention 150 ' shown in a longitudinal section, on the basis of which a problem underlying the present invention is to be explained.

Die Bürstenführung 150' bzw. ein Grundkörper 155 der Bürstenführung mit einer innenliegenden Wandung 157 ist in Form eines Köchers ausgebildet. Darin ist eine Bürste 170 angeordnet, die zum einen mittels einer Litze 165 an die Stromrichtereinheit angebunden sein kann und die zum anderen mittels einer Feder bzw. eines Federelements 160 in Richtung des zugeordneten Schleifrings 140 auf der Welle 111 (in der Figur unten gelegen) mit Kraft beaufschlagt bzw. gedrückt wird.The brush guide 150 ' or a base body 155 the brush guide with an internal wall 157 is designed in the form of a quiver. There's a brush inside 170 arranged, on the one hand by means of a braid 165 can be connected to the converter unit and on the other hand by means of a spring or a spring element 160 in the direction of the associated slip ring 140 on the wave 111 (located at the bottom of the figure) is acted upon or pressed with force.

Wie weiterhin zu sehen ist, gibt es zwischen der Bürste 170 und dem Grundkörper 155 (der z.B. aus Kunststoff bestehen oder solchen aufweisen kann) bzw. der Bürstenführung 150' ein gewisses Spiel bzw. einen gewissen Spalt 156. Wie schon erwähnt, ist dies funktionsbedingt und kann zum einen zusätzlich herstellungsbedingt sein, aber insbesondere auch einer einfacheren Montage dienen.As can also be seen, there is between the brush 170 and the main body 155 (which for example consist of plastic or can have such) or the brush guide 150 ' a certain amount of play or a certain gap 156 . As already mentioned, this is function-related and, on the one hand, can also be production-related, but in particular also serve to simplify assembly.

Ergänzend sei erwähnt, dass in dem gezeigten Längsschnitt nur eine Bürste in der Bürstenführung zu sehen ist, während jedoch typischerweise zwei Bürsten in der Bürstenführung vorgesehen sind. Hierzu sei auf die noch folgenden Figuren mit zugehöriger Beschreibung verwiesen.In addition, it should be mentioned that in the longitudinal section shown only one brush can be seen in the brush guide, while typically two brushes are provided in the brush guide. For this purpose, reference is made to the figures below with the associated description.

Weiterhin ist ein Medium 190, z.B. Wasser, gezeigt, das an der unten bzw. am Schleifring gelegenen Ende des Spalts vorhanden ist und - aufgrund der Kapillarwirkung des dünnen bzw. engen Spalts - in diesen hineingezogen wird. Wie vorstehend schon erwähnt, kann dies zu Funktionseinschränkungen bis hin zum Ausfall der Bürstenführung bzw. des zugehörigen Schleifringübertragers führen.Furthermore is a medium 190 , for example water, shown, which is present at the bottom or at the slip ring end of the gap and - due to the capillary effect of the thin or narrow gap - is drawn into this. As already mentioned above, this can lead to functional restrictions and even failure of the brush guide or the associated slip ring assembly.

In 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Bürstenführung 150 in einer bevorzugten Ausführungsform als Teil eines Schleifringübertragers 130 dargestellt. Der grundlegende Aufbau der Bürstenführung 150 entspricht dabei derjenigen der Bürstenführung 150' gemäß der 2, sodass insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann.In 3 is a schematic of a brush guide according to the invention 150 in a preferred embodiment as part of a slip ring assembly 130 shown. The basic structure of the brush guide 150 corresponds to that of the brush guide 150 ' according to the 2 so that reference can be made to the description there.

Zunächst ist festzuhalten, dass sich die auf der Innenseite befindliche Wandung 157 in eine Längsrichtung L erstreckt, die einer Richtung, in der die Bürste 170 mit Kraft beaufschlagbar ist, entspricht. In einem Aufweitungsbereich 180, der sich am unteren bzw. am Schleifring 140 gelegenen Ende der Bürstenführung 150 befindet, jedoch etwas von diesem Ende beabstandet ist, ist die Wandung 157 zurückgesetzt, und zwar derart, dass ein Abstand A zur Bürste 170 größer als außerhalb des Aufweitungsbereichs 180 ist.First of all, it should be noted that the wall located on the inside 157 extends in a longitudinal direction L, which is a direction in which the brush 170 can be acted upon by force, corresponds to. In an expansion area 180 , which is located on the lower or on the slip ring 140 located end of the brush guide 150 is located, but is somewhat spaced from this end, is the wall 157 reset in such a way that a distance A to the brush 170 larger than outside the expansion area 180 is.

In 3 ist rechts weiterhin ein Querschnitt der Bürstenführung 150 in Längsrichtung L gezeigt, und zwar für die links mittels zwei Pfeilen angedeuteten Position. Dort ist zusehen, dass sich der Aufweitungsbereich in Umfangsrichtung U um den gesamten Umfang, also 360°, erstreckt. Auf diese Weise wird ein Aufweitungsraum gebildet, der die Kapillarwirkung unterbindet und daher den weiteren Eintritt von Medium 180, wie gezeigt, verhindert.In 3 is still a cross section of the brush guide on the right 150 shown in the longitudinal direction L, specifically for the position indicated on the left by two arrows. It can be seen there that the widening area extends in the circumferential direction U around the entire circumference, that is to say 360 °. In this way, a widening space is formed which prevents the capillary action and therefore the further entry of medium 180 , as shown, prevented.

In 4 ist schematisch eine erfindungsgemäße Bürstenführung 150" in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als Teil eines Schleifringübertragers 130" dargestellt. Der grundlegende Aufbau der Bürstenführung 150" entspricht dabei derjenigen der Bürstenführung 150 gemäß der 3, sodass insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann. Entsprechendes gilt für den Schleifringübertrager 130".In 4th is a schematic of a brush guide according to the invention 150 " in a further preferred embodiment as part of a slip ring assembly 130 " shown. The basic structure of the brush guide 150 " corresponds to that of the brush guide 150 according to the 3 so that reference can be made to the description there. The same applies to the slip ring assembly 130 " .

Der Unterschied ist hierbei jedoch, dass zwei Kanäle für jeweils eine Bürste 170 vorgesehen sind, entsprechend sind auch zwei Schleifringe 140 auf der Rotorwelle 111 vorgesehen. Im Vergleich zu 3 ist die Ansicht (gilt für die linke Ansicht in 4) hier nicht entlang der Rotorachse, sondern seitlich.The difference here, however, is that there are two channels for one brush each 170 are provided, accordingly there are also two slip rings 140 on the rotor shaft 111 intended. Compared to 3 is the view (applies to the left view in 4th ) here not along the rotor axis, but laterally.

In 4 ist rechts weiterhin ein Querschnitt der Bürstenführung 150" in Längsrichtung L gezeigt, und zwar für die links mittels zwei Pfeilen angedeuteten Position. Dort ist zusehen, dass zwar für jeden Kanal die Wandungen 157 in Umfangsrichtung geschlossen sind, allerdings erstrecken sich die Aufweitungsbereiche 180 jeweils nur um einen Teil des Umfangs, nämlich 270° bzw. drei Seiten des rechteckigen Querschnitts. Der Aufweitungsraum hat einen U-förmigen Querschnitt. Die Abschnitte, in denen sich der Aufweitungsbereich 180 nicht erstreckt, liegen nebeneinander, sodass eine möglichst kompakte Ausgestaltung der Bürstenführung 150" möglich ist.In 4th is still a cross section of the brush guide on the right 150 " shown in the longitudinal direction L, specifically for the position indicated on the left by two arrows. There you can see that the walls for each channel 157 are closed in the circumferential direction, but the expansion areas extend 180 only around part of the circumference, namely 270 ° or three sides of the rectangular cross-section. The expansion space has a U-shaped cross section. The sections in which the expansion area is 180 does not extend, lie next to each other, so that the most compact possible design of the brush guide 150 " is possible.

Die Kapillarwirkung wird aber trotzdem zum Großteil aufgehoben, sodass auch bei einer kompakten Bürstenführung für zwei Bürsten verhindert werden kann, dass Medium eindringt.However, the capillary effect is largely canceled out, so that even with a compact brush guide for two brushes, medium can be prevented from penetrating.

In 5 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Schleifringübertrager 130' in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, der die schon in 3 gezeigt Bürstenführung 150 aufweist und dessen grundlegender Aufbau dem Schleifringübertrager 130 gemäß 3 entspricht, sodass insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen werden kann.In 5 is schematically a slip ring according to the invention 130 ' shown in a preferred embodiment, the already in 3 shown brush guide 150 and its basic structure is the slip ring assembly 130 according to 3 corresponds, so that reference can be made to the description there.

Ergänzend weist der Schleifringübertrager 130' jedoch ein Schleifraumschutzelement 145 auf, das sich um den Schleifring 140 herum erstreckt und so einen Schutz gegen eindringendes Medium bzw. Wasser und Schmutz ermöglicht.In addition, the slip ring assembly 130 ' however, a grinding space protection element 145 on that is around the slip ring 140 extends around and thus enables protection against penetrating medium or water and dirt.

Zum Zwecke einer ordnungsgemäßen Kühlung sind jedoch Öffnungen 146 vorgesehen, durch die auch Medium eindringen kann. Um die Menge an eindringendem Medium jedoch zu reduzieren, sind diese Öffnungen (denkbar ist auch nur eine Öffnung) in Form eines Labyrinths ausgebildet. Trotz dieses Labyrinths eindringendes Medium wird aber weiterhin durch den Aufweitungsbereich 180 am weiteren Eindringen in die Bürstenführung gehindert.However, there are openings for proper cooling 146 provided through which medium can penetrate. In order to reduce the amount of penetrating medium, however, these openings (only one opening is also conceivable) are designed in the form of a labyrinth. Despite this labyrinth, the penetrating medium continues through the expansion area 180 prevented from further penetrating the brush guide.

Claims

Brush guide (150, 150 ") for an electrical machine (100), in which a brush (170), which is to be brought into contact with a slip ring (140) of a rotor (110) of the electrical machine (100), can be arranged and in Direction of an end to be turned towards the slip ring (140) can be guided and subjected to force, wherein the brush guide (150, 150 ") has on an inner side a wall (157) to be turned towards the brush (170), which wall extends in a longitudinal direction (L), that of a direction in which the brush (170) can be acted upon with force, corresponds to, extends, wherein the wall (157) in a widening area (180) which extends in the longitudinal direction (L) only over part of the entire length and in the circumferential direction (U) over at least part of the circumference, a greater distance (A) from a brush (170), when this is introduced into the brush guide (150, 150 ″), is outside the expansion area.

Brush guide (150, 150 ") after Claim 1 , wherein the widening area (180) extends over at least 90 °, preferably at least 180 °, more preferably at least 270 °, in the circumferential direction (U).

Brush guide (150, 150 ") after Claim 1 or 2 , wherein the widening area (180) extends in the longitudinal direction (L) over a maximum of 50%, preferably a maximum of 25%, of the length of the brush guide.

Brush guide (150, 150 ") according to one of the preceding claims, wherein the widening area (180) is arranged at a distance from an end of the wall (157) which, viewed in the longitudinal direction (L), faces the slip ring (140).

Brush guide (150, 150 ") after Claim 4 wherein an end of the widening area facing the slip ring (140), viewed in the longitudinal direction (L), is between 1% and 10% of the length of the brush guide (150, 150 ") away from the end of the wall (157) facing the slip ring (140) is arranged.

Brush guide (150, 150 ") according to one of the preceding claims, wherein the wall (157) in the widening area by at least 10%, preferably at least 20 °, an, in particular middle, inner width of the brush guide (150, 150") outside the widening area is reset.

Slip ring transmitter (130 ') with a brush guide (150) according to one of the preceding claims, with a slip ring (140), and with a grinding space protection element (145) surrounding the slip ring (140), wherein between the grinding space protection element (145) and the brush holder (150 ) an opening (146) is provided in the form of a labyrinth.

Electrical machine (100) with a rotor (110) with a slip ring (140) and with a brush guide (150) according to one of the Claims 1 until 6th wherein in the brush guide (150) a brush (170) is arranged, which is acted upon with force in the direction of the slip ring (140).

Electric machine (100) with a rotor (110) with a slip ring transmitter (130 ') Claim 7 wherein in the brush guide (150) a brush (170) is arranged, which is acted upon with force in the direction of the slip ring (140).