CN105703549A - 具有电势平衡装置的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电势平衡装置的电机，该电机具有：定子(6)和转子(7)，转子的转子绕组(14)通过可移动地支承在电刷架(5)中的电刷(16、17)通电；以及电势平衡装置，该电势平衡装置在转子轴(8)和电机接地部之间作用并且具有至少一个滑动接触元件(19)，该滑动接触元件一方面利用接触面(22)贴靠在与转子轴(8)相连接的接触体处，另一方面与电机接地部导电地相连接，其中，电势平衡装置的滑动接触元件(19)集成在电刷架(5)中并且利用所述电刷架的接触面(22)贴靠在安装在转子轴(8)处的且与转子轴(8)一起旋转的转角传感器(23)的与转子轴(8)的电势相连接的导电的滑动面(35)处。

Description

具有电势平衡装置的电机

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有电势平衡装置的电机。

背景技术

在不同的应用领域中，电机用作驱动部以及发电机。不仅如此，电机在机动车中应用在所谓的再生系统中，其中，电机不仅承担驱动功能，而且承担能量回收功能。

具有定子和可被外部激励或自激励的转子的电机分别可配备有固定地与转子相连接的转角传感器，其任务是将转子的角位置传递给电机的控制部。

已知的是，在电机运行中，在转子轴上可形成轴电压(Wellenspannung)，其表示相对于电机接地部(Maschinenmasse)的电压差并且可具有不同的原因。为此的一个原因例如可为借助于脉宽调制信号时序地操控定子绕组或转子绕组。在这种原因下，车载电路的供给电压并且由此电机的运行电压越高，则出现的轴电压越高。

但另一可能的原因是，静电的加载导致高的轴电压。例如，作为发电机运行的电机可通过皮带驱动，从而可通过皮带发生转子的电加载。

如果出现的轴电压脉冲式地通过轴承、优选地通过驱动侧的球轴承放电，则导致流过轴承的脉冲式电流流动。在此，在支承面的区域中可能出现火花侵蚀，这可导致轴承的损坏。这种类型的通过转子的轴承的自动放电特别是可在轴承润滑脂的绝缘作用失效时以脉冲式的电流流动的形式出现，由此，轴承的持续负载损坏该轴承并且显著降低了轴承的使用寿命。

此外，位于转子轴上的载流子的脉冲式的放电导致产生电磁波，其不利地影响产品的电磁兼容性。特别是，这可能妨碍位于附近的电气设备的无故障性能。

从文献DE3511755A1中已知一种用于导出电机的轴电压的组件，在其中，通过滑动接触元件从转子轴导出载流子。为此，设置有在转子轴和电机接地部之间作用的电容，其可与电感串联。用于导出轴电压的组件也可被称为电势平衡装置，因为利用该电势平衡装置在地和转子轴之间实现电势平衡。

从文献DE10118004A1中已知一种交流发电机，其具有用于抑制被储存在其转子处的静电的器件，在其中，转子的励磁绕组可通过欧姆电阻与转子的轴相连接。

发明内容

具有权利要求1所述的特征的根据本发明的电机具有的优点是，通过在电机的无论如何存在的电刷架中设置用于导出轴电压的滑动接触元件实现了在安装滑动接触元件时显著的装配简化。与用作接触体的、具有滑动面的转角传感器相结合，也得到整体非常节省空间的、用于电势平衡装置的布置方案，滑动接触元件贴靠在转角传感器处。此外，对于安装接触体不需要附加的装配成本，因为转角传感器总归安装在转子轴处并且由此也位于转子轴的电压电势上。

优选地，转角传感器具有由金属或至少由敷有金属的表面制成的旋转对称体，从而转角传感器的周面适合作为用于滑动接触元件的滑动面。

特别有利的是，将电势平衡装置的滑动接触元件作为附加的可移动地支承的电刷安置在电刷架中。滑动接触元件由此可与其他电刷同样地构造并支承在电刷架中，从而不需要特别专门地构造的构件以实现滑动接触元件。

通过成行布置的电刷得到具有插入的滑动接触元件的电刷架的尤其紧凑的结构形式。

在最简单的情况下，用于电势平衡装置的滑动接触元件的导电的滑动面可为转角传感器的壳体的圆柱形的周面。

如果转角传感器通过连接轴同轴地与转子轴相连接，则连接轴的周面也可直接用作用于电势平衡装置的滑动接触元件的导电的滑动面。这就需要在连接轴处的很少的可自由接近的接触区域，以便可将滑动接触元件装在连接轴的周面处。

连接轴具有相对小的直径，从而其周面并且由此相应的滑动面在转子轴旋转时具有相应小的圆周速度。由此，在滑动接触元件处且同样在滑动面处的磨损保持得相应很小。

根据所使用的转角传感器的结构形式，在转角传感器处的滑动面也可相对于转子轴的轴向方向弯曲地取向。此时，滑动接触元件具有相应取向的接触面。在此，形成滑动接触元件的电刷可垂直地从滑动面突出，以得到在滑动面和电刷之间的最优接触。

滑动面可由覆层形成，该覆层相对于电刷的贴靠在该覆层处的接触面具有很小的摩擦系数。由此，显著减小了在相应的电刷处的以及在滑动面处的磨损。

在转角传感器处的滑动面也可由滑环形成，滑环安装在转角传感器处，例如安装在其壳体或其连接轴处。由此，确切地说，即使当转角传感器的壳体材料不具有最优的接触性能时，也可实现给出具有最优的接触和滑动性能的滑动面。

为滑动接触元件设置的滑动面可非常有利地由铜合金制成。与作为滑动接触元件的传统的电刷相结合，铜合金具有非常好的接触和滑动性能。

滑动接触元件作为电刷在无论如何为了为转子绕组通电所需的电刷架中的布置方案不仅得到极其节省空间的电势平衡装置，而且也实现了通过在电刷架处突出的接触元件与电机的地电势直接的电连接。由此，为了建立在转子轴和地之间的接地连接不需要布线措施，从而针对电势平衡装置的接触不需要附加的装配成本。

附图说明

下面根据在附图中示出的实施例详细解释本发明。

其中：

图1示出了电机的整体视图，

图2示出了图1的电机的纵截面，

图3示出了图2的在具有附加的滑动接触元件的电刷架的区域中的放大的局部，

图4示出了在图2和图3中以截面示出的电刷架的立体视图，

图5示出了具有附加地集成在电刷架中的滑动接触元件的实施方案变体的电刷架的截面视图，以及

图6示出了具有滑环的另一实施方案变体，附加地集成在电刷架中的滑动接触元件贴靠在该滑环处。

具体实施方式

在图1中示出了电机1的视图，该电机的电机部件2包括定子和位于定子中的转子。皮带盘3在驱动侧装配在转子轴上，通过转子轴借助于在此未示出的驱动皮带可进行扭矩传递。在电机1的与皮带盘3相对而置的一侧，在壳体部件4中存在用于控制电机1的电气装置。此外，在图1中可看出电刷架5的位置。

在图2的纵截面中可更详细地看出电机1的结构。电机部件2主要包括定子6和转子7，转子的转子轴8借助于驱动侧的球轴承9和相对而置地布置的球轴承10可旋转地进行支承。轴承盖11、12为电机壳体的部件并且用作用于球轴承9、10的容纳部。

在所示出的实施例中，转子7具有爪状电极13。转子绕组14通过电刷架5通电以产生电磁场。在电刷架5的壳体15中布置有以克服弹簧应力的方式可移动地支承的电刷16至18，其中，电刷16和17设置成用于为转子绕组14通电。电刷18通常可被称为滑动接触元件19并且用于导出在转子轴8处出现的轴电压。电刷16、17在与转子绕组14电连接的铜制滑环20、21上滑动。而电刷18利用其接触面22在与转子轴8相连接的转角传感器23的滑动面处滑动。

转角传感器23与转子7一起旋转并且用于在运行期间确定转子7的角位置。转角传感器23例如包括永磁体，其磁场由在此未详细示出的电子装置探测并且被评估以用于转子的位置确定。根据电机的期望的运行方式，与转子7的角位置相关地为定子6的定子绕组24通电。在马达运行中，将电功率转换成机械功率，例如以提供用于加速车辆的扭矩，而在发电机式的运行中，将机械功率转换成电功率，以例如为车辆的车载电路供电。在此，通过固定地与转子轴8相连接的皮带盘3进行机械功率的传递。

在图2中以点划线25标记出了在图3中放大地示出的局部。

在图3中可看出，电刷16至18在电刷架5的壳体15中在转子轴8的轴向方向上成行地布置。在该示例中，相对于转子绕组14，电刷16形成负触点，而电刷17形成正触点。相应地，滑环20、21也可被称为负滑环20和正滑环21，其通过汇流排26、27和联接缆线28、29与转子绕组14相连接。

转角传感器23具有位于壳体30中的永磁体31，其用作用于转角传感器23的传感器元件(Geberelement)。转角传感器23通过在其上突出的连接轴32同轴地在端侧固定在旋转轴8的端部处。用作滑动接触元件19的电刷18借助于压力弹簧33预紧地位于电刷架5的引导通道34中。压力弹簧33使电刷18利用其接触面22压靠在转角传感器23的圆柱形壳体30处的滑动面35上。电刷18通过铜绞合线36与接触元件37电连接，其中，接触元件37与接地的构件38导电地相连接，该构件38可为功率电子设备的一部分或电机接地部更确切地说电机壳体的一部分。

在图3中示出的实施例中，转角传感器23的壳体30由导电材料制成或者具有至少一个导电的表面，从而滑动面35通过连接轴32导电地与优选由钢制成的转子轴8相连接。由此，在转子轴8处出现的轴电压可通过由转角传感器23、电刷架5和接触元件37组成的电势平衡装置消除。通过电势平衡装置，转子轴8持续地位于地电势上，从而在转子轴8处不会产生可能导致轴承损坏的高电压峰值。

在图4中示出的电刷架5在其壳体15中包括成行布置的电刷16至18，电刷在此仅在其接触面40、41和22的区域中可见。用作滑动接触元件19的、用于导出在转子轴处的轴电压的电刷18的接触面22相对于其他接触面40、41后移，由此，对于电刷18所需的材料成本比电刷16、17更低。

在壳体15处，在窄侧处设置有孔42，其设置成用于容纳在图3中可见的接触元件37。通过接触环43、44可建立与电刷16、17的电连接。

在图5中示出的本发明的实施方案变体中，转角传感器23实施成使得其连接轴32可自由接近，以建立与电刷18的接触。在此，连接轴32构造成插接轴(Steckachse)，其周面形成用于电刷18的接触面22的滑动面35。在该实施方案中，与在图2和图3的实施方案中的情况相比，在滑动面35和接触面22的区域中的磨损更小，因为在此在滑动面35处出现更小的旋转速度。

相对于图5，以如下方式改进在图6中示出的另一实施方案变体，即，在此在连接轴32上安装滑环45，通过合适地选择滑环材料，滑环可进一步减小在滑动接触的区域中的磨损。滑环45可由铜合金组成并且可借助于压装连接固定在连接轴32上。

Claims (10)

1.一种电机，具有：定子(6)和转子(7)，该转子的转子绕组(14)通过能移动地支承在电刷架(5)中的电刷(16、17)通电；以及电势平衡装置，该电势平衡装置在转子轴(8)和所述电机(1)的地电势之间作用并且具有至少一个滑动接触元件(19)，该滑动接触元件一方面利用接触面(22)贴靠在与所述转子轴(8)相连接的接触体处，另一方面与所述电机(1)的地电势导电地相连接，其特征在于，所述电势平衡装置的滑动接触元件(19)集成在所述电刷架(5)中、并且利用所述电刷架的接触面(22)贴靠在安装在所述转子轴(8)处的且与所述转子轴(8)一起旋转的转角传感器(23)的与所述转子轴(8)的电势相连接的导电的滑动面(35)处。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述滑动接触元件(19)作为附加的能移动地支承的电刷(18)安置在所述电刷架(5)中。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所有的电刷(16-18)在所述电刷架(5)中沿着所述转子轴(8)沿轴向错位地成行地布置。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，用于所述滑动接触元件(19)的滑动面(35)是所述转角传感器(23)的壳体(30)的圆柱形的周面。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，用于所述滑动接触元件(19)的滑动面(35)是使所述转角传感器(23)与所述转子轴(8)同轴地相连接的连接轴(32)的周面。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述滑动面(35)和所述滑动接触元件(19)的贴靠在该滑动面处的接触面(22)相对于所述转子轴(8)的轴向方向弯曲地取向。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，贴靠在所述滑动面(35)处的所述电刷(18)垂直地从所述滑动面(35)突出。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，覆层形成所述滑动面(35)，该覆层相对于所述电刷(18)的贴靠在该覆层处的接触面(22)具有小的摩擦系数。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，在所述转角传感器(23)或与其相连接的连接轴(32)处安装有滑环(45)，该滑环形成所述滑动面(35)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电机，其特征在于，所述滑动面(35)由铜合金制成。