DE102022207180B4

DE102022207180B4 - Rotor mit Schleifringvorrichtung, Verfahren zur Herstellung eines Rotors mit einer Schleifringvorrichtung und elektrische Maschine mit einem Rotor

Info

Publication number: DE102022207180B4
Application number: DE102022207180.8A
Authority: DE
Inventors: Nils Krone; Tomislav Marina; Nico Daun
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2022-07-14
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2042-07-15
Also published as: DE102022207180A1; WO2024013054A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (RO) für eine fremderregte elektrische Maschine, aufweisend eine gebaute Rotorwelle (RW) mit einem zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper (HWK), an dessen jeweiligem axialen Ende ein Wellenstummel (WS) angeordnet ist, wobei der jeweilige Wellenstummel (WS) einen Flanschabschnitt (FA) und einen Wellenabschnitt (WA) aufweist, der eine äußere Mantelfläche (AM) umfasst, eine durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende Schleifringvorrichtung (SRV), die wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring (ESR), der ein distales Ende (DE) des Wellenabschnitts (WA) in axialer Richtung des Rotors (RO) überragt, und eine mit dem ersten Schleifring (ESR) verbundene und durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende erste Stromschiene (ESS) aufweist, wobei ein Ende der ersten Stromschiene (ESS) durch eine in dem Flanschabschnitt (FA) ausgebildete erste Stromschienenöffnung (ESO) geführt ist, und somit aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers (HWK) herausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor eine gebaute Rotorwelle mit einem Hohlwellenträger und einem endseitig angeordneten Wellenstummel aufweist, wobei eine Schleifringvorrichtung durch einen Wellenabschnitt des Wellenstummels geführt ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors. Überdies ist Gegenstand der Erfindung eine fremderregte elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor.
Ein Rotor mit einer Schleifringvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 816 711 B1 bekannt, bei der die Schleifringvorrichtung von außen auf eine Rotorwelle aufgesteckt wird. Auf der Schleifringvorrichtung ist in einem Bereich der umspritzten elektrischen Leiter ein Lager angeordnet. Problemtisch hierbei ist, dass durch die Lageranordnung im Bereich der Schleifringanordnung keine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Rotor und den auf den Schleifringen aufsitzenden Schleifkontakten bereitgestellt wird. Dies ist besonders nachteilig bei einer Ölkühlung des Rotors, da zu vermeiden ist, dass das Öl der Rotorkühlung zwischen die Schleifkontakte und Schleifringe gelangt.
Die DE 10 2020 120 878 A1 beschreibt als nächstliegender Stand der Technik eine stromerregte elektrische Maschine mit unter einer Wellendichtung herausgeführter Schleifringzuleitung. In der DD 94 045 A ist eine elektrische Verbindungsleitung zwischen den Schleifringen und der Erregerwicklung eines Massivrotors offenbart.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine anzugeben, bei der der Schleifring in einfacher und preiswerter Weise anordbar ist und eine fluiddichte Trennung zwischen einem Aktivteil des Rotors und einem Bestromungsabschnitt des Rotors ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der nachstehenden Beschreibung und den Zeichnungen, wobei jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen kann, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine, aufweisend eine gebaute Rotorwelle mit einem zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper, an dessen jeweiligem axialen Ende ein Wellenstummel angeordnet ist, wobei der jeweilige Wellenstummel einen Flanschabschnitt und einen Wellenabschnitt aufweist, wobei der Wellenabschnitt eine äußere Mantelfläche aufweist, eine durch den Wellenabschnitt verlaufende Schleifringvorrichtung, die wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring, der ein distales Ende des Wellenabschnitts in axialer Richtung des Rotors überragt, und eine mit dem ersten Schleifring verbundene und durch den Wellenabschnitt verlaufende erste Stromschiene aufweist, wobei ein Ende der ersten Stromschiene durch eine in dem Flanschabschnitt ausgebildete erste Stromschienenöffnung geführt ist, und somit aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers herausgeführt ist.
Mit anderen Worten ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine bereitgestellt wird. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet in einem Kraftfahrzeug angeordnet zu werden. Vorzugsweise sitzt die elektrische Maschine in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, um das Kraftfahrzeug zumindest teilweise elektrisch antreiben zu können.
Der Rotor weist eine gebaute Rotorwelle auf. Die gebaute Rotorwelle umfasst einen zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper, auf dem für gewöhnlich ein Rotorblechpaket angeordnet ist. Das Rotorblechpaket nebst einer darauf angeordneten Rotorwicklung kann auch als Aktivteil des Rotors bezeichnet werden. An dem jeweiligen axialen Ende des Hohlwellenkörpers ist ein Wellenstummel angeordnet. Der jeweilige Wellenstummel umfasst einen Flanschabschnitt und einen Wellenabschnitt. Der Flanschabschnitt ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet eine Verbindung mit dem Hohlwellenkörper einzugehen. Der Wellenabschnitt ist vorzugsweise dazu eingerichtet und/oder ausgebildet den Rotor über wenigstens eine Lagereinrichtung derart zu lagern, dass dieser um eine Rotorachse des Rotors rotierbar ist. Hierzu ist vorgesehen, dass der Wellenabschnitt eine äußere Mantelfläche aufweist. Die äußere Mantelfläche ist vorzugsweise in Umfangsrichtung des Rotors bzw. des Wellenabschnitts durchgehend, also unterbrechungsfrei, ausgebildet.
Des Weiteren umfasst der Rotor eine Schleifringvorrichtung, die durch den Wellenabschnitt, bzw. durch ein Inneres des Wellenabschnitts verläuft. Die Schleifringvorrichtung umfasst wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring, der ein distales Ende des Wellenabschnitts in axialer Richtung des Rotors überragt. Dieser, das distale Ende des Wellenabschnitts überragende Abschnitt der Schleifringvorrichtung, kann auch als Bestromungsabschnitt bezeichnet werden. Das distale Ende des Wellenabschnitts ist auf einer dem Hohlwellenkörper abgewandten Seite des Wellenabschnitts ausgebildet. Mit dem ersten Schleifring ist eine durch den Wellenabschnitt verlaufende erste Stromschiene elektrisch leitend verbunden. Ein distales Ende der ersten Stromschiene ist durch eine in dem Flanschabschnitt ausgebildete erste Stromschienenöffnung geführt. Somit wird das distale Ende der ersten Stromschiene aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers herausgeführt. Folglich kann das Ende der ersten Stromschiene mit einer Rotorwicklung des fremderregten Rotors elektrisch leitend verbunden werden. Der erste Schleifring und/oder die erste Stromschiene sind jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Material weist vorzugsweise Kupfer auf und/oder ist aus Kupfer ausgebildet. Insbesondere ist das elektrisch leitfähige Material eine Kupferlegierung, die besonders vorteilhaft zumindest teilweise Bronze aufweist.
Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung durch das Innere des Wellenabschnitts verläuft, kann der Wellenabschnitt eine in Umfangsrichtung des Rotors durchgehende Mantelfläche aufweisen, auf der eine Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors angeordnet werden kann. Somit kann in diesem Bereich des Wellenabschnitts in einfacher Weise eine fluiddichte bzw. kühlmitteldichte Abdichtung zwischen der Lagereinrichtung und dem Lagersitz ermöglicht werden, sodass vermieden werden kann, dass ein Kühlmittel, insbesondere ein Öl, des Rotors in den Bereich des ersten Schleifrings gelangt. Zudem kann durch die innenliegende Schleifringvorrichtung im Wellenabschnitt die Schleifringvorrichtung einfach und preiswert in dem Rotor angeordnet werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Flanschabschnitt, der Wellenabschnitt und/oder der Hohlwellenkörper aus dem gleichen Material ausgebildet sind. Denkbar ist somit, dass der Flanschabschnitt und der Wellenabschnitt aus dem gleichen Material ausgebildet sind, wobei der Hohlwellenkörper ein von dem Wellenabschnitt verschiedenes Material aufweist. Denkbar ist aber auch, dass der Wellenabschnitt und der Hohlwellenkörper aus dem gleichen Material ausgebildet sind, wobei der Flanschabschnitt ein davon verschiedenes Material aufweist. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass sowohl der Flanschabschnitt, der Wellenabschnitt und der Hohlwellenkörper aus dem gleichen Material ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass die drei Komponenten in einfacher Weise miteinander verbunden werden können, sofern diese nicht zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildet sind. Überdies kann eine Gefahr der Kontaktkorrosion bei den drei Komponenten verringert werden, wenn diese vorzugsweise aus dem gleichen metallischen Material ausgebildet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Wellenabschnitt und der Wellenflansch einstückig ausgebildet sind. Die einstückige Ausbildung bedeutet, dass der Wellenabschnitt und der Wellenflansch in einem Herstellungsvorgang hergestellt werden und miteinander verbunden sind. Dies kann beispielsweise durch ein additives Verfahren, ein Gussverfahren und/oder durch einen Fräsvorgang erfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flanschabschnitt, der Wellenabschnitt und/oder der Hohlwellenkörper aus einem Metall ausgebildet sind und/oder einen metallischen Werkstoff aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass der Rotor mit einem preiswerten Material die erforderliche strukturelle Steifigkeit für die geplante Lebensdauer des Rotors aufweisen kann. Auf diese Weise können die Herstellungskosten des Rotors reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaft Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers einer der Wellenstummel einstückig mit dem Hohlwellenkörper ausgebildet ist. Demnach kann vorgesehen sein, dass mit dem Hohlwellenkörper direkt bereits der Wellenstummel einstückig ausgebildet ist. Anders ausgedrückt ist vorgesehen, dass der Hohlwellenkörper an einem distalen Ende eine Öffnung aufweist, während an einem anderen distalen Ende des Hohlwellenkörpers der Wellenstummel direkt, also unmittelbar, mit dem Hohlwellenkörper in einem Herstellungsvorgang ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann. Wiederum kann sich dies vorteilhaft auf den Herstellungsvorgang auswirken, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers der Wellenstummel stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Hohlwellenkörper verbunden ist. Die stoffschlüssige Verbindung kann vorzugweise eine Klebeverbindung und oder eine Schweißverbindung sein. Die formschlüssige Verbindung, kann vorzugsweise eine Verbindung sein, bei der der Flansch des Wellenstummel mit dem Hohlwellenkörper an wenigstens einer Stelle ineinandergreift. Dies kann vorzugsweise eine Führungsstruktur, die eine Nut-Feder-Verbindung umfasst, sein. Die kraftschlüssige Verbindung kann vorzugweise eine Schraub- und oder Nietverbindung sein. Hierbei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Flansch auf den Hohlwellenkörper aufgeschraubt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, dass die Schleifringvorrichtung einen von dem ersten Schleifring verschiedenen und zum ersten Schleifring in axialer Richtung des Rotors beabstandeten ringförmigen zweiten Schleifring, und eine mit dem zweiten Schleifring verbundene und durch den Wellenabschnitt verlaufende zweite Stromschiene aufweist, wobei ein Ende der zweiten Stromschiene durch eine in dem Flanschabschnitt ausgebildete zweite Stromschienenöffnung geführt ist, und somit aus dem Inneren des Hohlwellenkörpers herausgeführt ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass die Schleifringvorrichtung zwei zueinander beabstandete und voneinander getrennte elektrisch leitfähige Schleifringe aufweist, wobei jeder Schleifring mit zumindest einer elektrisch leitfähigen Stromschiene verbunden ist. Der erste Schleifring weist die wenigstens erste Stromschiene auf und der zweite Schleifring weist wenigstens die zweite Stromschiene auf. Sowohl das Ende der ersten Stromschiene als auch das Ende der zweiten Stromschiene ist jeweils durch eine entsprechende Stromschienenöffnung im Flanschabschnitt des Wellenstummels geführt. Das jeweilige Ende der Stromschienen ist dazu eingerichtet und ausgebildet mit der Rotorwicklung des Rotors elektrisch leitend verbunden zu werden.
Denkbar ist, dass ein Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings gleich einem Außendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings ist. Dies hat den Vorteil, dass die auf den ersten Schleifring und der zweiten Schleifring wirkenden Schleifkontakte, bzw. Kohlebürsten, auf gleicher Höhe angeordnet werden können. Nachteilig ist jedoch, dass die Anordnung der beiden Schleifringe nebeneinander und das Führen der beiden Stromschienen in der Schleifringvorrichtung, insbesondere bei der Herstellung der Schleifringvorrichtung, etwas aufwendiger ist, da die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene nicht auf gleicher Höhe, bezogen auf die radiale Richtung der Stromschienen geführt werden können.
Alternativ dazu liegt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, dass ein Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings kleiner ist als ein Innendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings. Wenn in diesem Zusammenhang sich die jeweilige Stromschiene in axialer Richtung des jeweiligen Schleifrings erstreckt, kann der erste Schleifring durch den zweiten Schleifring geführt werden und die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene verlaufen zumindest abschnittsweise parallel und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander. Somit können die Schleifringe in einfacher Weise angeordnet werden. Dies gilt insbesondere für einen Umspritzvorgang.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der erste Schleifring und/oder der zweite Schleifring in einem elektrisch isolierenden Schleifringträger angeordnet sind. Es versteht sich von selbst, dass zumindest eine äußere Mantelfläche des ersten Schleifrings und des zweiten Schleifrings frei liegen, damit diese mit den Schleifkontakten, die auch als Kohlebürsten bezeichnet werden können, in einen elektrisch leitenden Kontakt treten können. Es ist vorgesehen, dass nicht nur die Schleifringe, sondern auch die erste Stromschiene und/oder die zweite Stromschiene in dem Schleifringträger angeordnet sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese mit Ausnahme des jeweiligen distalen Endabschnitts vollständig von dem isolierenden Schleifringträger umgeben bzw. in diesem eingebettet sind. Somit kann die Schleifringvorrichtung in einfacher Weise vorgefertigt und in den Wellenabschnitt eingesetzt werden. Durch die mögliche Vorfertigung können die Herstellungskosten reduziert werden.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Schleifringträger im Bereich der jeweiligen Stromschienenöffnung mit dieser mediendicht abschließt. Somit kann vermieden werden, dass ein Kühlmittel über die Stromschienenöffnung in das Innere des Hohlwellenkörpers eindringt. Ebenso kann vorzugsweise bei einer Kühlung des Hohlwellenkörpers von Innen somit eine Abdichtung erzielt werden, dass das Kühlmedium über die Stromschienenöffnungen nicht nach außen dringt.
Grundsätzlich kann die Schleifringvorrichtung derart in dem Wellenabschnitt angeordnet sein, dass diese drehfest mit dem Wellenabschnitt verbunden ist. Eine bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schleifringvorrichtung formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Wellenabschnitt angeordnet ist. Die formschlüssige Anordnung kann vorsehen, dass der Wellenabschnitt auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Seite einen Vorsprung aufweist und die Schleifringvorrichtung auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite eine zu dem Vorsprung korrespondierende Ausnehmung, so dass der Vorsprung beim Einführen der Schleifringvorrichtung in axialer Richtung des Wellenabschnitts in die Ausnehmung eingreift und mit dem Wellenabschnitt einen Formschluss eingeht. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine adhäsive Verbindung. Die kraftschlüssige Verbindung kann vorzugsweise eine Schraub- und/oder Nietverbindung sein.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass auf einer äußeren Mantelfläche des Wellenabschnitts ein Lagersitz ausgebildet ist. Im Bereich des Lagersitzes ist die äußeren Mantelfläche des Wellenabschnitts in Umfangsrichtung vollumfänglich geschlossen. Zudem ist bezogen auf die radiale Richtung des Wellenabschnitts im Bereich des Lagersitzes eine Stufe ausgebildet, die in axialer Richtung des Rotors als Anschlag für den Lagersitz dient. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass auf dem Lagersitz eine Lagereinrichtung angeordnet ist, so dass der Rotor drehbar gelagert ist. Durch die Ausbildung des Lagersitzes und der Anordnung der Lagereinrichtung kann vermieden werden, dass ein Kühlmittel des Rotors, insbesondere ein Öl, im Bereich des Lagersitzes in Richtung der Schleifringe fließt und mit diesen in Kontakt tritt.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rotors, wobei die Schleifringvorrichtung mit dem ringförmigen ersten Schleifring voran über eine Flanschseite des Wellenstummels in den Wellenabschnitt eingeführt wird, so dass der erste Schleifring über das distale Ende des Wellenabschnitts hinausgeführt ist, und das Ende der ersten Stromschiene durch die erste Stromschienenöffnung des Flanschabschnitts geführt ist.
Das Ende der ersten Stromschiene ist folglich auf einer dem Schleifring abgewandten Seite der Stromschiene ausgebildet. Vorzugweise ist das Ende der ersten Stromschiene derart umgelenkt, dass es in Richtung des ersten Schleifrings gerichtet ist, bzw. parallel zur Längsrichtung des ersten Schleifrings ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann die Schleifringvorrichtung vorzugsweise co-axial zum Wellenabschnitt über eine translatorische Bewegung in den Wellenabschnitt eingeführt werden, wobei der erste Schleifring das distale Ende des Wellenabschnitts überragt und das Ende der ersten Stromschiene durch die Stromschienenöffnung im Flanschabschnitt geführt wird. Somit kann die Schleifringvorrichtung in einfacher und preiswerter Weise in den Rotor angeordnet werden. Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung innenliegend ausgebildet ist, kann auf dem Wellenabschnitt eine Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors angeordnet werden. Der Wellenabschnitt bzw. eine äußere Mantelfläche kann im Bereich der Lagereinrichtung durchgehend ausgebildet werden, so dass verhindert werden kann, dass im Bereich der Rotorlagerung in Kühlmedium des Rotors in Richtung des ersten Schleifrings gelangt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wellenstummel und der Hohlwellenkörper nach der Anordnung der Schleifringvorrichtung in dem Wellenstummel stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Klebeverbindung oder eine Schweißverbindung. Die formschlüssige ist vorzugsweise eine Nut-Feder-Verbindung. Die kraftschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Schraub- und/oder Nietverbindung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schleifringvorrichtung stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig in dem Wellenabschnitt angeordnet wird. Die formschlüssige Anordnung kann vorsehen, dass der Wellenabschnitt auf einer in radialer Richtung nach innen gerichteten Seite einen Vorsprung aufweist und die Schleifringvorrichtung auf einer in radialer Richtung nach außen gerichtenten Außenseite eine zu dem Vorsprung korrespondierende Ausnehmung, so dass der Vorsprung beim Einführen der Schleifringvorrichtung in axialer Richtung des Wellenabschnitts in die Ausnehmung eingreift und mit dem Wellenabschnitt einen Formschluss eingeht. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine adhäsive Verbindung. Die kraftschlüssige Verbindung kann vorzugsweise eine Schraub- und/oder Nietverbindung sein.
Die Schleifringvorrichtung, umfassend den ersten Schleifring und die erste Stromschiene, wird vorzugsweise durch Umspritzen in dem Schleifringträger angeordnet. Vorzugsweise werden der erste Schleifring, die erste Stromschiene, der zweite Schleifring und die zweite Stromschiene durch Umspritzen in dem Schleifringträger angeordnet. Auf diese Weise wird eine Schleifringvorrichtung bereitgestellt, die vorgefertigt und in einfacher Weise in dem Wellenstummel angeordnet werden kann. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden.
In einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine fremderregte elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise Bestandteil eines Traktionsantriebs, um ein Kraftfahrzeug zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, elektrisch anzutreiben.
Es sei bemerkt, dass sämtliche Merkmale, welche vorstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, gleichermaßen für jeden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung gelten. Im Speziellen können sämtliche Merkmale des Rotors auch Merkmale des Verfahrens und/oder der elektrischen Maschine sein. Dies gilt auch umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalen zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen, oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In diesen zeigen:

1 einen Ausschnitt einer dreidimensionalen Ansicht eines Rotors im Bereich eines Wellenstummels mit einer Schleifringvorrichtung;
2 eine Explosionsansicht des Rotors;
3 eine Schnittdarstellung durch den Wellenstummel und die Schleifringvorrichtung.

In 1 ist ein Ausschnitt einer dreidimensionalen Ansicht eines Rotors RO im Bereich eines Wellenstummels WS mit einer Schleifringvorrichtung SRV gezeigt. Der Rotor RO weist eine gebaute Rotorwelle RW auf. Die gebaute Rotorwelle RW umfasst einen zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper HWK, auf dem ein Rotorblechpaket RBP drehfest angeordnet ist. An dem jeweiligen axialen Ende des Hohlwellenkörpers HWK ist der Wellenstummel WS angeordnet. Der jeweilige Wellenstummel WS umfasst einen Flanschabschnitt FA und einen Wellenabschnitt WA. Der Flanschabschnitt FA ist mit den dem Hohlwellenkörper HWK drehfest verbunden. Der Wellenabschnitt WA ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet den Rotor RO über wenigstens eine Lagereinrichtung LER derart zu lagern, so dass dieser um eine Rotorachse RA des Rotors RO rotierbar ist. Hierzu ist vorgesehen, dass der Wellenabschnitt WA eine äußere Mantelfläche AM aufweist. Die äußere Mantelfläche AM ist in Umfangsrichtung des Rotors RO bzw. des Wellenabschnitts WA durchgehend, also unterbrechungsfrei bzw. durchgehend ringförmig, ausgebildet.
Die Schleifringvorrichtung SRV verläuft durch den Wellenabschnitt WA und umfasst einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring ESR und einen ringförmig ausgebildeten zweiten Schleifring ZSR. Sowohl der erste Schleifring ESR als auch der zweite Schleifring ZSR überragen zumindest abschnittsweise ein distales Ende DE des Wellenabschnitts WA bezogen auf die axiale Richtung des Rotors RO. Das distale Ende DE des Wellenabschnitts WA ist auf einer dem Hohlwellenkörper HWK abgewandten Seite des Wellenabschnitts WA ausgebildet. Mit dem ersten Schleifring ESR ist eine durch den Wellenabschnitt WA verlaufende erste Stromschiene ESS elektrisch leitend verbunden. Ebenso ist mit den zweiten Schleifring ZSR ein zweite Stromschiene ZSS elektrisch leitend kontaktiert. Ein distales Ende der ersten Stromschiene ESS ist durch eine in dem Flanschabschnitt FA des Wellenstummels WS ausgebildete erste Stromschienenöffnung ESO geführt. Ebenso ist ein distales Ende der zweiten Stromschiene ZSS durch eine in dem Flanschabschnitt FA des Wellenstummels WS ausgebildete zweite Stromschienenöffnung ZSO geführt. Somit werden das distale Ende der ersten Stromschiene ESS und das distale Ende der zweiten Stromschiene ZSS aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers HWK herausgeführt. Folglich kann das Ende der ersten Stromschiene ESS und das Ende der zweiten Stromschiene ZSS mit einer Rotorwicklung (nicht dargestellt) des fremderregten Rotors RO elektrisch leitend verbunden werden.
Der erste Schleifring ESR, der zweite Schleifring ZSR, die erste Stromschiene ESS und die zweite Stromschiene ZSS sind jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Material weist vorzugsweise Kupfer auf und/oder ist aus Kupfer ausgebildet. Denkbar ist, dass die erste Stromschiene ESS an den ersten Schleifring ESR und/oder die zweite Stromschiene ZSS an den zweiten Schleifring ZSR stoffschlüssig angeordnet ist. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Löt- oder Schweißverbindung. Vorstellbar ist jedoch auch, dass die erste Stromschiene ESS und der erste Schleifring ESR und/oder die zweite Stromschiene ZSS und der zweite Schleifring ZSR einstückig miteinander ausgebildet sind.
Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung SRV durch das Innere des Wellenabschnitts WA verläuft, weist der Wellenabschnitt WA im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine in Umfangsrichtung des Rotors RO durchgehende äußere Mantelfläche AM im Bereich eines Lagersitzes LS auf, auf der eine Lagereinrichtung LER zur drehbaren Lagerung des Rotors RO angeordnet werden kann. Somit kann in diesem Bereich des Wellenabschnitts WA in einfacher Weise im Bereich des Lagersitzes LS eine fluiddichte bzw. kühlmitteldichte Abdichtung ermöglicht werden, sodass vermieden werden kann, dass ein Kühlmittel, insbesondere ein Öl, des Rotors RO in den Bereich der Schleifringe ESR, ZSR gelangt.
Weiterhin ist ersichtlich, dass der erste Schleifring ESR, die erste Stromschiene ESS, der zweite Schleifring ZSR und die zweite Stromschiene ZSS durch Umspritzen in einem Schleifringträger SRT angeordnet sind. Mit anderen Worten werden der erste Schleifring ESR und die erste Stromschiene ESS, der zweite Schleifring ZSR und die zweite Stromschiene ZSS in dem Schleifringträger angeordnet bzw. durch diesen gehalten. Der erste Schleifring ESR und der zweite Schleifring sind in dem Schleifringträger SRT galvanisch voneinander getrennt und in axialer Richtung des Rotors RO zueinander beabstandet angeordnet. Eine äußere Mantelfläche des ersten Schleifrings ESR und eine äußere Mantelfläche des zweiten Schleifrings ZSR liegen frei, damit diese mit den Schleifkontakten bzw. Kohlebürsten (nicht dargestellt) in einen elektrisch leitenden Kontakt treten können. Durch die Anordnung der Schleifringe ESR, ZSR in dem Schleifringträger SRT wird eine Schleifringvorrichtung SRV bereitgestellt, die vorgefertigt und in einfacher Weise in dem Wellenstummel WS angeordnet werden kann. Somit können die Herstellungskosten reduziert werden.
Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, ist ein Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings ESR kleiner ist als ein Innendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings ZSR. Wenn in diesem Zusammenhang sich die jeweilige an den Schleifring ESR, ZSR angebundene Stromschiene ESS, ZSS in axialer Richtung des jeweiligen Schleifrings ESR, ZSR erstreckt, kann der erste Schleifring ESR durch den zweiten Schleifring ZSR geführt werden und die erste Stromschiene ESS und die zweite Stromschiene ZSS verlaufen zumindest abschnittsweise parallel und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander. Somit können der erste Schleifring ESR und der zweite Schleifring ZSR in einfacher Weise vor der Umspritzung durch ein Kunststoffmaterial zur Ausbildung des Schleifringträgers SRT zueinander angeordnet werden.
In 3 ist eine Schnittdarstellung durch den Wellenstummel WS und die Schleifringvorrichtung SRV gezeigt. Das Ende der zweiten Stromschiene ZSS ist auf einer dem zweiten Schleifring ZSR abgewandten Seite der zweiten Stromschiene ZSS ausgebildet, wobei das Ende der zweiten Stromschiene ZSS derart umgelenkt ist, dass es in Richtung des zweiten Schleifrings ZSR gerichtet ist, bzw. parallel zur Längsrichtung des zweiten Schleifrings ZSR ausgerichtet ist. Auf gleiche Weise ist die erste Stromschiene ESS ausgebildet. Somit kann die Schleifringvorrichtung SRV vorzugsweise co-axial zum Wellenabschnitt WA über eine translatorische Bewegung in den Wellenabschnitt WA eingeführt werden, wobei der erste Schleifring ESR und der zweite Schleifring ZSR das distale Ende DE des Wellenabschnitts WA überragt und das Ende der ersten Stromschiene ESS durch die erste Stromschienenöffnung ESO im Flanschabschnitt FA und das Ende der zweiten Stromschiene ZSS durch die zweiten Stromschienenöffnung ZSO geführt werden. Die Schleifringvorrichtung SRV kann somit in einfacher und preiswerter Weise in dem Rotor RO angeordnet werden. Bedingt dadurch, dass die Schleifringvorrichtung SRV innenliegend ausgebildet ist, kann die auf dem Wellenabschnitt WA angeordnete Lagereinrichtung LER zur drehbaren Lagerung des Rotors RO eine fluiddichte Abdichtung zum Wellenabschnitt WA ermöglichen, so dass in diesem Bereich ein Kühlmittel, insbesondere ein Öl, aus dem Bereich des Rotors RO nicht zu den Schleifringen ESR, ZSR gelangt.
Der Schleifringträger SRT schließt im Bereich der ersten Stromschienenöffnung ESO und/oder im Bereich der zweiten Stromschienenöffnung ZSO mediendicht ab. Somit kann vermieden werden, dass ein Kühlmittel über die erste Stromschienenöffnung ESO und/oder die zweite Stromschienenöffnung ZSO in den Hohlwellenkörper HWK eindringt.

Claims

Rotor (RO) für eine fremderregte elektrische Maschine, aufweisend eine gebaute Rotorwelle (RW) mit einem zylinderförmig ausgebildeten Hohlwellenkörper (HWK), an dessen jeweiligem axialen Ende ein Wellenstummel (WS) angeordnet ist, wobei der jeweilige Wellenstummel (WS) einen Flanschabschnitt (FA) und einen Wellenabschnitt (WA) aufweist, der eine äußere Mantelfläche (AM) umfasst, eine durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende Schleifringvorrichtung (SRV), die wenigstens einen ringförmig ausgebildeten ersten Schleifring (ESR), der ein distales Ende (DE) des Wellenabschnitts (WA) in axialer Richtung des Rotors (RO) überragt, und eine mit dem ersten Schleifring (ESR) verbundene und durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende erste Stromschiene (ESS) aufweist, wobei ein Ende der ersten Stromschiene (ESS) durch eine in dem Flanschabschnitt (FA) ausgebildete erste Stromschienenöffnung (ESO) geführt ist, und somit aus einem Inneren des Hohlwellenkörpers (HWK) herausgeführt ist, und das Ende der ersten Stromschiene (ESS) umgelenkt ist, dass es in Richtung des ersten Schleifrings gerichtet ist, und/oder parallel zur Längsrichtung des ersten Schleifrings (ESR) ausgerichtet ist.
Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (FA), der Wellenabschnitt (WA) und/oder der Hohlwellenkörper (HWK) aus dem gleichen Material ausgebildet sind.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (FA), der Wellenabschnitt (WA) und/oder der Hohlwellenkörper (HWK) aus einem Metall ausgebildet sind und/oder einen metallischen Werkstoff aufweisen.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers (HWK) einer der Wellenstummel (WS) einstückig mit dem Hohlwellenkörper (HWK) ausgebildet ist.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass an einem axialen Ende des Hohlwellenkörpers (HWK) der Wellenstummel (WS) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Hohlwellenkörper (HWK) verbunden ist.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringvorrichtung (SRV) einen von dem ersten Schleifring (ESR) verschiedenen und zum ersten Schleifring (ESR) in axialer Richtung des Rotors (RO) beabstandeten ringförmigen zweiten Schleifring (ZSR), und eine mit dem zweiten Schleifring (ZSR) verbundene und durch den Wellenabschnitt (WA) verlaufende zweite Stromschiene (ZSS) aufweist, wobei ein Ende der zweiten Stromschiene (ZSS) durch eine in dem Flanschabschnitt (FA) ausgebildete zweite Stromschienenöffnung (ZSO) geführt ist, und somit aus dem Inneren des Hohlwellenkörpers (HWK) herausgeführt ist.
Rotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des ringförmigen ersten Schleifrings (ESR) kleiner ist als ein Innendurchmesser des ringförmigen zweiten Schleifrings (ZSR).
Rotor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schleifring (ESR) und/oder der zweite Schleifring (ZSR) in einem elektrisch isolierenden Schleifringträger (SRT) angeordnet sind.
Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifringträger (SRT) im Bereich der jeweiligen Stromschienenöffnung (ESO, ZSO) mit dieser mediendicht abschließt.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer äußeren Mantelfläche (AM) des Wellenabschnitts (WA) ein Lagersitz (LS) ausgebildet ist.
Rotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringvorrichtung (SRV) formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig in dem Wellenabschnitt (WA) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotor (RO) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schleifringvorrichtung (SRV) mit dem ringförmigen ersten Schleifring (ESR) voran über eine Flanschseite des Wellenstummels (WS) in den Wellenabschnitt (WA) eingeführt wird, so dass der erste Schleifring (ESR) über das distale Ende (DE) des Wellenabschnitts (WA) hinausgeführt wird, und das Ende der ersten Stromschiene (ESS) durch die erste Stromschienenöffnung (ESO) des Flanschabschnitts (FA) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenstummel (WS) und der Hohlwellenkörper (HWK) nach der Anordnung der Schleifringvorrichtung (SRV) in dem Wellenstummel (WS) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifringvorrichtung (SRV) stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig in dem Wellenabschnitt (WA) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schleifring (ESR), die erste Stromschiene (ESS), der zweite Schleifring (ZSR) und die zweite Stromschiene (ZSS) durch Umspritzen in dem Schleifringträger (SRT) angeordnet werden.
Elektrische Maschine mit einem Rotor (RO) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.