CN115699540A - 用于电驱动车辆的驱动单元 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于电驱动车辆(10)的驱动单元(12)，该驱动单元包括逆变器模块(22)、电机(18)和可由逆变器模块(22)操控的定子(28)。电机(18)的转子(26)与驱动单元(12)的至少一个轴(24)携同旋转，其中，该轴通过轴承组件(50)可旋转地支承在分别相关联的壳体(18a)中。壳体(18a)和逆变器模块(22)接地。此外，驱动单元(12)在轴(24)和逆变器模块(22)之间具有低阻抗的接地电连接，以便在轴(24)和逆变器模块(22)之间出现电势差时产生短路，其中，在轴(24)和相关联的壳体(18a)之间设有低阻抗的电势平衡装置(42)。在此规定，轴(24)是转子轴(24)或传动装置轴(36)，其中，轴承组件(50)具有轴向彼此间隔开的两个轴承(50a、50b)，并且其中，电势平衡装置(42)轴向地形成在两个轴承(50a、50b)之间。

Description

用于电驱动车辆的驱动单元

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于电驱动车辆的驱动单元。

在逆变器控制的电气式的车辆驱动器中，由于各种原因在驱动轴和相关联的壳体之间，特别是也在转子轴和电机的壳体之间可能产生电势差，该电势差通过不连续的电流，更确切地说通过在驱动轴的轴承组件上的不连续放电过程而减小。电势差的不断减小一方面通常会导致轴承损坏，尤其是轴承的滚动体损坏，并导致轴承组件劣化并最终导致过早磨损。作为伴随现象也可能出现非典型的并且影响驾驶舒适性的噪音。此外，载有电势的驱动轴可用作电磁偶极子并将高频杂散噪音发射到车辆周围。这种杂散噪音会充当干扰信号，会妨碍现有的电子的车辆设备的功能，并且例如会显著恶化车载无线电接收。

背景技术

在此背景下，DE 10 2008 039 577 B4提出了一种应对措施，通过使用这种电势平衡装置在传动装置从动轴和电气式的车辆驱动器的逆变器模块之间设置低阻抗的接地连接，所述电势平衡装置设置成，短接传动装置从动轴和逆变器模块之间的任何电势，其中，低阻抗的连接未被传动装置流体润滑。

此外，US 2002/0121821 A1提出了一种与马达轴并且与马达壳体处于导电接触的密封件或衬套，用于导出马达或发电机的不期望的轴电压。用于降低旋转的轴和围绕该轴的壳体之间的电势差的具有低阻抗的另一装置例如由US 2004/0233592 A1、DE 27 17 593A1、DE 35 11755A1、DE 9416334 U1、JP 2004173335 A和JP 2000310296 A已知。

在使用上述解决方案之一时已经发现，在空间上与承载电势的驱动轴相邻的轴承可以得到很好的保护免受这种轴电压的影响。然而，不利的是，在具有轴向彼此间隔开的至少两个轴承的驱动轴的常见轴承组件中，轴承损坏和干扰性的高频杂散噪音仍然会在有限的范围内出现。在轴向双侧形成这种低阻抗的电势平衡装置虽然在实践中是可行的，但是会增加制造、组装和成本支出，因此不是优选的补救措施。

发明内容

由此出发，本发明的目的是，以成本低廉的方式进一步改进用于电驱动车辆的这种驱动单元并且消除或至少进一步减少开头提到的不利影响。

上述目的通过具有权利要求1的特征的驱动单元实现。本发明的有利设计方案和改进方案可以从从属权利要求以及以下描述和附图中得出。

本发明本质上因此对于在开头所述类型的驱动单元提出，将设置在驱动单元的轴和相关联的壳体之间的低阻抗的电势平衡装置轴向地构造在沿轴彼此间隔开的两个轴承之间。在此，驱动单元的所述轴可以是转子轴或传动装置轴，该轴在电机运行期间由于各种影响而被加载电势并且可以对于分别相关联的壳体建立电势差。

本发明所基于的发现是，在定子和转子以及驱动器的与这些定子和转子导电连接的元件之间出现的电势差在轴向上沿着转子轴或沿与其有效连接的轴不是恒定的，而在该方向上是变化的。由此，发明人得出结论，低阻抗的电势平衡装置的有效性显著地受它们在导电的轴上的轴向位置的影响。电势平衡装置的阻抗特别地应低于支承轴的轴承的阻抗，并且还应低于在两个轴之间借助于齿轮形成的传动装置的阻抗，这同样展示了用于衰减电势差的可能的电流路径。

在所提出的用于纯电动车辆或混合动力车辆的驱动单元中，电机可以优选地是无刷电机，特别是磁阻电机、异步电机或永磁同步电机。在此，定子包括定子绕组，该定子绕组可以通过逆变器施加具有可变频率和幅度的电压。

电机的转子通常包括固定在转子轴上的电磁活性的转子部件，该转子部件与定子共同作用产生电机的转矩。在当前情况下，该活性的转子部件特别地被双重支承并且轴向地构造在两个轴承之间。如果电势平衡装置轴向地布置在活性的转子部件的延伸范围内，则可以实现对两个轴承的有效保护。轴承可以基本上轴向地设置在活性的转子部件的端面的高度处或者布置在远离活性的转子部件的一个或两个端面处。分别根据电机的功能原理，活性的转子部件可以例如如本领域常见的那样呈现为没有绕组的开槽的叠片铁芯、笼式转子或永磁转子或其他常规设计。

可以优化电势平衡装置的效果，方式是将该电势平衡装置基本上居中地构造在两个轴承之间，特别是当轴向地位于两侧的轴承的阻抗相当时。

原则上，低阻抗电势平衡装置可以以各种已知的方式实现，例如作为电刷连接器。根据一个有利设计方案可以规定，电势平衡装置是具有相对彼此接触的两个环的滑环组件或集电环组件。在此，其中一个环可以布置在转子轴或传动装置轴处，而另一个环可以布置在导电元件上，该导电元件被固定到分别相关联的或相邻的金属导电壳体上并与该壳体电连接。

根据一个实施形式，电势平衡装置可以布置在转子轴或从动轴的径向内部。在此，转子轴或从动轴可以是空心轴，其中，导电元件沿轴向在端侧固定至相邻的或相关联的壳体上并且沿轴向在空心轴内延伸。以这种方式，可以结构简单地并且同时结构空间中性地衰减出现的电势差。

附图说明

下面通过图中所示的实施形式来示例性地解释本发明。

图中示出：

图1示出了具有驱动单元的电驱动车辆的示意图；

图2示出了图1的驱动单元的电机的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有驱动单元12的电动车辆10，该驱动单元在此包括作用在车轮驱动轴14和车轮16上的电机18。电机18是无刷的并且是异步构造方式并且经由逆变器模块22由储能器20供应电能。电机18包括固定在转子轴24上的转子26和具有多相定子绕组30的定子28，该定子绕组通过供电电缆32与逆变器模块22和储能器20相连接。在转子26和车轮驱动轴14之间还设有具有传动装置轴36和齿轮38的传动装置组件34，因此，由转子26输出的动力可以以期望的转速和所需的驱动转矩适配当前的车辆驱动要求。电机18、逆变器模块22和传动装置组件34分别具有导电的壳体，即由金属材料、例如铝或铸铁材料制成的机壳18a、逆变器模块壳体22a和传动装置壳体34a，这些导电壳体彼此电连接并且经由使其连接的以搭地线或接地线40形式的电线或经由导电的车辆底盘在车辆上一起接地。这意味着，所提到的组件处于相同的电势。

图2示出了电机18的示意图，其中，在转子轴24一侧和机壳18a之间设置有低阻抗的电势平衡装置42，以便在转子轴24和机壳18a之间出现电势差时产生短路电流，该短路电流减小现有的电势差。由于低阻抗的电势平衡装置42的存在，可能的电势差的大小可以被限制并且该电势差的大小可以直接地和持续地、也就是说基本上连续地减小。电流因此可以有目的地经由电势平衡装置42和接地线40返回到电势差的源头，即特别地返回至逆变器模块22以及电机18。

在图2中可以看出，转子26包括具有笼式绕组26c的呈叠片铁芯26b的形式的布置在转子轴24上的电磁活性的转子部件26a，并且转子轴24借助于由轴向彼此间隔开的两个轴承50a、50b、特别是滚动轴承组成的轴承组件50可旋转地支承在机壳18a中。在此，活性的部件26a轴向地形成在两个轴承50a、50b之间。还可以看出，电势平衡装置42轴向地布置在两个轴承50a、50b之间并且在当前情况下也轴向地布置在活性的转子部件的延伸范围内。特别地，电势平衡装置42基本上居中地布置在两个轴承50a、50b之间。这种在此至少基本上对称的布置具有的效果是，出现的电势差的大部分可以通过电势平衡装置42衰减掉。虽然在两侧与该电势平衡装置轴向间隔开的轴承50a、50b处也可能出现电势差，但是分别流过这些轴承中的每一个的电流明显不那么显著，因此对这些轴承50a、50b中的每一个的危害更小。

在这里讨论的实施例中，电势平衡装置42作为集电环装置或滑环装置60构造在转子轴24的径向内部，集电环装置或滑环装置具有彼此相对摩擦接触或滑动接触的两个环62、64。为此，环64被推入作为金属空心轴存在的转子轴24内并且以导电方式布置在该转子轴处。另一个环62布置在环64的径向内部并且固定在杆状构造且导电的元件66上，该元件66沿轴向在端侧紧固在机壳18a上并且该元件沿轴向在中空轴24内部延伸。环62、64以其相互指向的表面区域相对滑动接触，从而实现通过它们的相对界面的良好的电流通过。环64与转子轴24一起旋转，而环62相对于其固定不动。环62、64由具有良好导电性的材料形成，例如由铜材料形成。为了提高由于相对旋转引起的耐磨损性，环62、64可以具有减少磨损的涂层。当出现电势差时，短路电流经由所解释的装置可以从转子轴24经由集电环装置或滑环装置60、元件66、机壳18a和接地线40传递并最终传递到逆变器模块22。所设置的电势平衡装置42可以根据需要在保持所需的低阻抗的情况下由导电流体润滑。原则上，低阻抗的电势平衡装置42也可以没有润滑剂，也就是说可以干式运转。前述导电元件66可以是转子26的冷却装置的冷却喷枪，例如德国专利申请102018218813中原则上示出和描述的。

附图标记

10 电动车辆

12 驱动单元

14 车轮驱动轴

16 车轮

18 电机

18a 机壳

20 储能器

22 逆变器模块

22a 逆变器模块壳体

24 转子轴

26 转子

26a 活性的转子部件

26b 叠片铁芯

26c 笼式绕组

28 定子

30 定子绕组

32 供电电缆

34 传动装置组件

34a 传动装置壳体

36 传动装置轴

38 齿轮

40 接地线

42 电势平衡装置

50 轴承组件

50a,b轴承

60集电环装置、滑环装置

62 滑环

64 滑环

66 固定不动的元件。

Claims (5)

1.一种用于电驱动车辆(10)的驱动单元(12)，所述驱动单元包括：

逆变器模块(22)，

电机(18)，所述电机具有转子(26)以及能由所述逆变器模块(22)操控的定子(28)，

其中，所述转子(26)与所述驱动单元(12)的至少一个轴(24)携同旋转，并且其中，

所述轴(24)通过轴承组件(50)能旋转地支承在各自相关联的壳体(18a)中，并且其中，

所述壳体(18a)和所述逆变器模块(22)接地，并且其中，

所述驱动单元(12)在所述驱动单元(12)的前述轴(24)与所述逆变器模块(22)之间具有低阻抗的接地电连接，以便在所述轴(24)与所述逆变器模块(22)之间出现电势差时产生短路，其中，

在所述轴(24)单侧和相关联的壳体(18a)之间设有低阻抗的电势平衡装置(42)，

其特征在于，

所述轴(24)是转子轴(24)或传动装置轴(36)，其中，

所述轴承组件(50)具有轴向彼此间隔开的两个轴承(50a，50b)，其中，

所述电势平衡装置(42)轴向地形成在所述两个轴承(50a、50b)之间。

2.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于，所述转子(26)包括固定在所述转子轴(24)上的电磁活性的转子部件(26a)，该转子部件轴向地构造在所述两个轴承(50a、50b)之间，并且其中，所述电势平衡装置(42)沿轴向布置在所述活性的转子部件(26a)的延伸范围内。

3.根据权利要求2所述的驱动单元，其特征在于，所述电势平衡装置(42)基本上居中地构造在所述两个轴承(50a、50b)之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的驱动单元，其特征在于，所述电势平衡装置(42)是具有两个相对彼此接触的环(62、64)的滑环装置或集电环装置(60)，其中，所述环之一(64)布置在所述转子轴(24)上或所述传动装置轴(36)上，而另一个环布置在导电元件(66)处，所述导电元件固定在各自相关的壳体(18a、22a、34a)处并与该壳体电连接。

5.根据权利要求4所述的驱动单元，其特征在于，所述电势平衡装置(42)布置在所述转子轴(24)或所述传动装置轴(36)的径向内部，其中，所述转子轴(24)或所述传动装置轴(36)是空心轴，并且其中，所述导电元件(66)在轴向端侧固定在相邻的或相关联的壳体(18a)上并且沿轴向在所述空心轴内延伸。

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