DE102018131655A1

DE102018131655A1 - Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Kraftfahrzeug, insbesondere Kraftwagen

Info

Publication number: DE102018131655A1
Application number: DE102018131655.0A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ziegltrum
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (2), mit einem Rotor (5), welcher an wenigstens einer Lagerstelle (7) drehbar an dem Stator (2) gelagert und von dem Stator (2) antreibbar und dadurch um eine Drehachse (6) relativ zu dem Stator (2) drehbar ist, und mit einem Schmierstoff (16) zum Schmieren der Lagerstelle (7), wobei der Schmierstoff (16) elektrische Leiter (17) aufweist, über welche auf Basis von Elektronen elektrische Energie übertragbar ist und dadurch der Stator (2) und der Rotor (5) elektrisch miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Die DE 10 2015 205 028 A1 offenbart eine elektrische Maschine, bei welcher ein mit einem elektrisch leitenden Material ausgebildeter Rotor über wenigstens ein Lagerelement beweglich an wenigstens einem ein elektrisch leitendes Material umfassenden Stützelement gelagert ist. Das elektrisch leitende Material des wenigstens einen Stützelements ist mit einem ein elektrisches Massepotential führenden Element elektrisch verbindbar. Außerdem ist eine elektrische Kontaktanordnung zum beweglichen elektrischen Verbinden des Rotors mit dem wenigstens einen Stützelement für ein Kurzschließen von elektrischen Störspannungen und Ableiten elektrischer Störströme vom Rotor an das Massepotential vorgesehen.
Des Weiteren ist der DE 10 2009 036 856 A1 eine elektrische Maschine bekannt, welche ein Wälzlager umfasst. Das Wälzlager besteht aus einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern. Dabei ist es vorgesehen, dass das Wälzlager mit einer Flüssigkeit auf wässriger Basis geschmiert ist, die Kraft ihrer elektrischen Leitfähigkeit den Spannungsausgleich zwischen Innenring und Außenring ermöglicht.
Darüber hinaus ist aus der DE 11 2010 004 938 T5 eine Anordnung zum Ableiten einer elektrischen Ladung auf einer sich drehenden Welle bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die elektrische Maschine umfasst und mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Die elektrische Maschine ist somit vorzugsweise eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, größer als 12 Volt ist und vorzugsweise mindestens 48 Volt beträgt oder aber größer als 48 Volt, insbesondere größer als 50 Volt, ist. Insbesondere beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, mehrere hundert Volt, um besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs zu realisieren. Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgebildet, oder aber das Kraftfahrzeug ist als ein Elektrofahrzeug, insbesondere als ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ausgebildet.
Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen Rotor auf, welche an wenigstens einer Lagerstelle, vorzugsweise an mehreren Lagerstellen, drehbar an dem Stator gelagert und somit um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Dabei ist der Rotor von dem Stator antreibbar und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Stator drehbar.
Der Stator umfasst beispielsweise ein Gehäuse und ein erstes Aktivteil, welches von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom durchströmbar ist beziehungsweise zum Leiten von elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, ausgebildet ist. Beispielsweise umfasst das erste Aktivteil wenigstens eine Wicklung, durch welche sogenannte Statorspulen, das heißt Spulen des Stators, gebildet sind. Die Wicklung ist dabei von der elektrischen Energie, insbesondere elektrischem Strom, durchströmbar. Das Aktivteil ist dabei in dem Gehäuse angeordnet und drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Somit ist der Rotor relativ zu dem ersten Aktivteil drehbar. Alternativ oder zusätzlich kann der Rotor ein zweites Aktivteil aufweisen, welches von dem ersten Aktivteil antreibbar und dadurch um die Drehachse relativ zu dem ersten Aktivteil drehbar ist. Dabei ist der Rotor zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuse angeordnet und drehbar an dem Gehäuse gelagert, insbesondere an der wenigstens einen Lagerstelle. Beispielsweise umfasst der Rotor eine auch als Rotorwelle bezeichnete Welle, welche um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zum ersten Aktivteil drehbar ist.
Die elektrische Maschine weist darüber hinaus einen Schmierstoff zum Schmieren der wenigstens einen Lagerstelle auf. Mit anderen Worten wird die wenigstens eine Lagerstelle beziehungsweise werden die Lagerstellen während eines Betriebs der elektrischen Maschine mittels des Schmierstoffes, welcher auch als Schmiermittel bezeichnet wird, geschmiert.
Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine auf besonders vorteilhafte und insbesondere auf besonders gewichts- und kostengünstige Weise realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schmierstoff elektrisch leitet oder elektrische Leiter aufweist, über welche auf Basis von Elektronen und nicht oder nicht nur Ionen elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom übertragbar ist, wodurch über den Schmierstoff beziehungsweise über die elektrischen Leiter des Schmierstoffes der Stator und der Rotor elektrisch miteinander verbunden beziehungsweise elektrisch miteinander kontaktiert sind. Insbesondere kann mittels des Schmierstoffes elektrische Energie auf Basis von Elektronen und somit nach Art eines Metalls beziehungsweise nach Art eines metallischen Leiters übertragen werden, sodass über den Schmierstoff elektrische Energie auch bei sehr hohen Frequenzen besonders vorteilhaft übertragen werden können. Mit anderen Worten weist der Schmierstoff dadurch, dass der Schmierstoff beziehungsweise dessen elektrische Leiter auf Basis von Elektronen elektrische Energie übertragen beziehungsweise leiten können, auch bei sehr hohen Frequenzen von beispielsweise einigen 100 Kilohertz, einem Megahertz oder höher als einem Megahertz eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit auf, welche beispielsweise der elektrischen Leitfähigkeit eines Metalls.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Üblicherweise wird ein zumindest oder genau oder eine elektrische Maschine umfassender Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, durch einen Gleichspannungs-Hochvoltspeicher mit elektrischer Energie, insbesondere elektrischem Strom, versorgt, die beziehungsweise der in dem Gleichspannungs-Hochvoltspeicher gespeichert ist. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine mit in dem Gleichspannungs-Hochvoltspeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden kann. Hierdurch kann die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. Der Gleichspannungs-Hochvoltspeicher ist ein zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeter Energiespeicher, welcher elektrische Energie insbesondere in Form von Gleichstrom bereitstellen kann. Dabei ist üblicherweise ein beispielsweise als Wechselrichter beziehungsweise Inverter ausgebildeter Stromrichter vorgesehen, welcher den von dem Gleichspannungs-Hochvoltspeicher bereitgestellten elektrischen Gleichstrom in einen Wechselstrom, insbesondere in einen Dreiphasenwechselstrom, für den elektrischen Antrieb, insbesondere für die elektrische Maschine des elektrischen Antriebs, umwandelt. Da das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine antreibbar ist, wird die elektrische Maschine auch als elektrischer Antriebsmotor (EMA) bezeichnet. Die Umwandlung des von dem Gleichspannungs-Hochvoltspeicher bereitgestellten Gleichstroms in den Wechselstrom, insbesondere in den Dreiphasenwechselstrom, geschieht üblicherweise in der Gestalt, dass der Stromrichter wenigstens oder genau drei zueinander phasenversetzte, sinusförmige elektrische Spannungen zur Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors bereitstellt. Um eine von der elektrischen Maschine bereitzustellende und auch als Motorleistung bezeichnete Leistung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs beispielsweise entsprechend einem Wunsch des Fahrers des Kraftfahrzeugs einzustellen, insbesondere zu regeln, wird eine elektrische Energie der sinusförmigen Spannungen durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) mittels des Stromrichters eingestellt, insbesondere geregelt. Bei der auch als PWM-Regelung bezeichneten Pulsweitenmodulation werden Ein- und Ausschaltvorgänge abwechselnd aufeinanderfolgend durchgeführt. Hieraus resultieren üblicherweise hochfrequente Störungen, die ein bestimmtes gesetzlich festgelegtes Maß nicht überschreiten dürfen.
An der zuvor genannten, wenigstens einen Lagerstelle ist üblicherweise ein beispielsweise als Wälzlager ausgebildetes Lagerelement vorgesehen, über welches der Rotor an dem Stator, insbesondere an dem Gehäuse, drehbar gelagert ist. Das Wälzlager ist beispielsweise als ein Kugellager ausgebildet, sodass der Rotor durch wenigstens ein Kugellager beziehungsweise über mehrere Kugellager an dem Stator, insbesondere das Gehäuse, angebunden, das heißt drehbar an dem Gehäuse gelagert ist. Dabei werden die zuvor genannten Statorspulen beispielsweise, wie zuvor beschrieben, mit einem passenden, gesteuerten oder geregelten Wechselstrom von dem Stromrichter angesteuert, sodass die Statorspulen von sogenanntem Wechselstrom durchflossen werden. Üblicherweise verursacht dabei jedoch der Stromrichter unerwünschte Störungen, die beispielsweise über zwei Wege, insbesondere auf den Rotor, übertragen werden können. Bei einem ersten der Wege handelt es sich um eine elektromagnetische Abstrahlung, und bei dem zweiten Weg handelt es sich um leitungsgebundenen Störungen. Besonders der zweite Weg kann einen gewünschten Betrieb der elektrischen Maschine beeinflussen und liegt im Fokus der Erfindung. Elektromagnetische Störungen bei der Erzeugung beziehungsweise Bereitstellung des auch als dreiphasiger Wechselstrom bezeichneten Dreiphasenwechselstroms dürfen gewisse Grenzwerte nicht übersteigen. Um dies zu gewährleisten, sind grundsätzlich drei Lösungen insbesondere für die leitungsgebundenen Störungen denkbar: Eine erste der Lösungen umfasst ein langsames Schalten, das heißt ein langsames Durchführen der Pulsweitenmodulation und somit der Ein- und Ausschaltvorgänge. Die erste Lösung weist jedoch den Nachteil auf, dass ein übermäßiger Betrag an Wärme im Umrichter entstehen kann. Daraus resultieren Verluste und/oder es ist zusätzliche Energie erforderlich, um den Umrichter zu kühlen, das heißt um unerwünscht hohe Temperaturen der Leistungselektronik zu vermeiden. Eine zweite der Lösungen sieht vor, die leitungsgebundenen Störungen zu filtern. Dies ist auch mit hohen Kosten verbunden. Die dritte Lösung sieht vor, die auch als Störleitung oder Störleitungen bezeichneten leitungsgebundenen Störungen abzuführen, beispielsweise nach Masse, das heißt nach einem Massepotential. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Störleitung beispielsweise auf wenigstens ein Massepotential der elektrischen Maschine abgeführt und somit auf das Massepotential übertragen wird.
Üblicherweise kommt, insbesondere zwischen dem Rotor und dem Stator, ein elektrisch isolierendes Schmiermedium zum Schmieren der wenigstens einen Lagerstelle zum Einsatz. Hierdurch ist auch eine gewünschte Ableitung der leitungsgebundenen Störungen nach Masse nicht oder nur unzureichend möglich. Daher wird - um die unerwünschten, leitungsgebundenen Störungen hinreichend ableiten zu können beziehungsweise gering halten zu können - ein Karbonfaserring verwendet, über welchen der Stator mit dem Rotor elektrisch verbunden ist, wobei der Karbonfaserring eine hinreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Der Karbonfaserring stellt jedoch ein zusätzliches Bauteil dar, welches zusätzliches Gewicht, zusätzliche Kosten und einen zusätzlichen Bauraumbedarf verursacht beziehungsweise aufweist. Durch den Einsatz eines Karbonfaserrings zum elektrischen Verbinden des Stators mit dem Rotor können die folgenden Probleme beziehungsweise Nachteile entstehen:

- hoher Produktions- und Kostenaufwand für den Karbonfaserring
- durch Verschleiß des Karbonfaserrings können Karbonfasern und Fremdkörper aus dem Karbonfaserring an die Lagerstelle und insbesondere in das Lagerelement und/oder in einen Dichtbereich der Lagerstelle kommen, sodass Lagerausfälle und Undichtigkeiten entstehen können
- komplexer Aufbau der elektrischen Maschine.

Um die zuvor genannten Probleme und Nachteile zu vermeiden und gleichzeitig eine hinreichende Ableitung der leitungsgebundenen Störungen, insbesondere nach Masse, ermöglichen zu können, wird erfindungsgemäß der beschriebene Schmierstoff verwendet, welcher dadurch, dass der Schmierstoff elektrische Leiter aufweist, elektrisch leitend beziehungsweise elektrisch leitfähig ist. Da die elektrischen Leiter des Schmierstoffes elektrische Energie auf Basis von Elektronen, das heißt durch Nutzung von Elektronen, übertragen und somit leiten können, weist der Schmierstoff auch bei hohen Frequenzen beispielsweise des Wechselstroms eine vorteilhaft hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
Unter dem Merkmal, dass die elektrischen Leiter des Schmierstoffes elektrische Energie auf Basis von Elektronen übertragen und somit leiten können, ist zu verstehen, dass über die elektrischen Leiter des Schmierstoffes elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom nach Art eines Metalls, insbesondere nach Art eines elektrisch leitfähigen Metalls, und somit unter Nutzung von Elektronen und nicht oder nicht nur unter Nutzung von Ionen übertragen werden kann. Der Schmierstoff kann somit erfindungsgemäß zwei Funktionen übernehmen: Zum einen wird der Schmierstoff genutzt, um die Lagerstelle, insbesondere das zuvor genannte und auch Lager bezeichnete Lagerelement, hinreichend zu schmieren und zu kühlen. Zum anderen wird der Schmierstoff genutzt, um eine besonders vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen dem Rotor und dem Stator zu bilden beziehungsweise herzustellen, sodass vor allem leitungsgebundene Störungen, insbesondere nach Masse, vorteilhaft abgeleitet werden können. In der Folge kann auf zusätzliche Bauteile wie den zuvor beschriebenen Karbonfaserring verzichtet werden, sodass die Teileanzahl, das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten der elektrischen Maschine in einem geringen Rahmen gehalten werden können.
Da der Schmierstoff über dessen elektrische Leiter elektrische Energie auf Basis von Elektronen, das heißt unter Nutzung von Elektronen, und nach Art eines elektrisch leitfähigen Metalls wie beispielsweise Kupfer übertragen kann, basiert der Schmierstoff, insbesondere dessen elektrische Leiter, auf metallischer Leitung beziehungsweise der Schmierstoff, beziehungsweise dessen elektrische Leiter, kann beziehungsweise können elektrische Energie nach Art einer metallischen Leitung übertragen und somit leiten. Da der Schmierstoff beziehungsweise dessen Leiter somit auf metallischer Leitung basiert beziehungsweise basieren, kann der Schmierstoff auch bei sehr hohen Frequenzen, insbesondere des Wechselstroms, elektrische Energie besonders gut leiten. In der Folge können unerwünschte Störungen vermieden werden. Dadurch kann auch eine besonders hohe Zuverlässigkeit beziehungsweise ein besonders zuverlässiger Betrieb der elektrischen Maschine und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt gewährleistet werden.
Um auch bei besonders hohen Frequenzen eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zumindest ein Teil der elektrischen Leiter als metallische Leiter ausgebildet, das heißt aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest ein Teil der metallischen Leiter oder alle metallischen Leiter als ein Metallpulver ausgebildet beziehungsweise durch ein Metallpulver gebildet sind. Dadurch kann einerseits eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit gewährleistet werden. Andererseits kann die Lagerstelle besonders vorteilhaft geschmiert werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil der metallischen Leiter aus einem Metall gebildet ist, welches zumindest während eines Betriebs der elektrischen Maschine und/oder bei 22 Grad Celsius, insbesondere des Metalls, flüssig ist. Mit anderen Worten ist es vorzugweise vorgesehen, dass das Metall bei 22 Grad und mehr, das heißt bei 22 Grad und bei demgegenüber höheren Temperaturen, flüssig ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Schmierung und eine besonders vorteilhafte Ableitung von elektrischen Störungen gewährleistet werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die metallischen Leiter zumindest aus Quecksilber und/oder aus einer eutektischen Legierung, welche Gallium, Indium und Zinn umfasst, insbesondere aus Galinstan®, gebildet. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Schmierung und eine besonders vorteilhafte elektrische Verbindung des Rotors und des Stators gewährleistet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Teil der Leiter zumindest aus Graphen und/oder aus Graphit gebildet. Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest ein Teil der Leiter, insbesondere alle Leiter, als ein Pulver ausgebildet beziehungsweise durch ein Pulver gebildet ist, wobei das Pulver Partikel beziehungsweise granulare Materie aufweist und wobei die Partikel beziehungsweise die granulare Materie vorzugsweise aus Graphit und/oder Graphen gebildet sein kann. Hierdurch können Störungen besonders vorteilhaft abgeleitet werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Leiter fest sind. Dies bedeutet, dass die Leiter in festem Aggregatszustand vorliegen, insbesondere während des zuvor genannten Betriebs der elektrischen Maschine beziehungsweise bei 22 Grad Celsius der Leiter. Dabei sind die festen Leiter in einer Flüssigkeit des Schmierstoffs aufgenommen, sodass der Schmierstoff beispielsweise als eine Dispersion ausgebildet ist. Hierdurch können eine besonders vorteilhafte Schmierung und eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit dargestellt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Schmierstoff als ein Festschmierstoff, insbesondere als ein Pulver, ausgebildet, sodass der Schmierstoff vorzugsweise vollständig als ein Festschmierstoff, insbesondere als ein Pulver, ausgebildet ist. Dadurch kann eine hinreichende Schmierung gewährleistet werden. Gleichzeitig kann eine vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit realisiert werden, sodass insbesondere leitungsgebundene Störungen vorteilhaft abgeleitet werden können.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Rotor und/oder der Stator, insbesondere ausschließlich, über die elektrischen Leiter mit wenigstens einem Massepotential der elektrischen Maschine elektrisch verbunden sind. Dadurch können beispielsweise leitungsgebundene Störungen besonders vorteilhaft nach Masse abgeführt werden, das heißt auf das Massepotential übertragen werden, sodass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der elektrischen Maschine und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren lässt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine elektrische Maschine, insbesondere wenigstens eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, aufweist. Mittels der elektrischen Maschine kann das Kraftfahrzeug, insbesondere elektrisch, angetrieben werden. Hierzu wird beispielsweise die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb und somit als Elektromotor zu betreiben, wird die elektrische Maschine beispielsweise mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der in einer zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Speichereinrichtung gespeichert ist. Die Speichereinrichtung ist beispielsweise der zuvor genannte Gleichspannungs-Hochvoltspeicher.
Bei dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst die elektrische Maschine einen Stator und einen Rotor, welcher an wenigstens einer Lagerstelle, insbesondere an mehreren Lagerstellen, drehbar an dem Stator gelagert und von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Außerdem weist die elektrische Maschine bei dem zweiten Aspekt der Erfindung einen Schmierstoff zum Schmieren der wenigstens einen Lagerstelle auf.
Um nun auf besonders vorteilhafte Weise einen besonders vorteilhaften Betrieb der elektrischen Maschine realisieren zu können, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass der Schmierstoff elektrische Leiter aufweist bzw. elektrisch leitend ist, über welche auf Basis von Elektronen und somit nach Art eines metallischen Leiters elektrische Energie übertragbar ist und dadurch der Stator und der Rotor elektrisch miteinander verbunden sind. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug, welches mittels der elektrischen Maschine antreibbar ist; und
2 ein Diagramm einer elektrischen Leitfähigkeit eines Schmierstoffes zum Schmieren wenigstens einer Lagerstelle der elektrischen Maschine über einer Frequenz.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine elektrische Maschine 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand einen elektrischen Antrieb aufweist, mittels welchem das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Der elektrische Antrieb weist die elektrische Maschine 1 auf, sodass das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine 1 angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ausgebildet, sodass das Kraftfahrzeug beispielsweise, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann.
Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine 1 elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine 1 in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Hierzu wird die elektrische Maschine 1 mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt. Die elektrische Energie beziehungsweise der elektrische Strom wird beispielsweise von wenigstens einer Stromquelle des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Bei der Stromquelle kann es sich um einen zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeicher und/oder um eine Brennstoffzelle und/oder um eine andere Stromquelle handeln. Um besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, sind die Stromquelle, insbesondere der auch als Speichereinrichtung bezeichnete Energiespeicher, und die elektrische Maschine 1 als Hochvolt-Komponenten ausgebildet. Die jeweilige Hochvolt-Komponente weist eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, auf, welche größer als 12 Volt ist und vorzugsweise mindestens 48 Volt beträgt. Vorzugsweise ist die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, größer als 48 Volt, insbesondere größer als 50 Volt. Vorzugsweise beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, mehrere hundert Volt.
Der Energiespeicher ist beispielsweise als Gleichspannungsspeicher, insbesondere als Gleichspannungs-Hochvoltspeicher, ausgebildet. Insbesondere kann der Energiespeicher als eine Batterie, insbesondere als eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet sein. Der Energiespeicher kann beispielsweise die in ihm gespeicherte elektrische Energie als elektrischen Gleichstrom bereitstellen. Der elektrischen Maschine 1 ist dabei beispielsweise eine Leistungselektronik zugeordnet, welche wenigstens einen Stromrichter, insbesondere einen Inverter, umfasst. Über die Leistungselektronik kann die elektrische Maschine 1 mit der elektrischen Energie, das heißt mit dem Gleichstrom, versorgt werden, die beziehungsweise der von dem Energiespeicher bereitgestellt wird. Mittels des Stromrichters wird beispielsweise der von dem Energiespeicher bereitgestellte Gleichstrom in einen Wechselstrom, insbesondere in einen Dreiphasenwechselstrom, umgewandelt. Der Dreiphasenwechselstrom ist ein dreiphasiger Wechselstrom, welche beispielsweise wenigstens oder genau drei zueinander phasenversetzte und sinusförmige elektrische Spannungen aufweist.
Die elektrische Maschine 1 weist einen Stator 2 auf, welcher ein Gehäuse 3 und ein wenigstens ein an dem Gehäuse 3 befestigtes erstes Aktivteil 4 aufweisen kann. Das Aktivteil 4 weist wenigstens eine oder aber mehrere, insbesondere wenigstens oder genau drei, Wicklungen auf, welche von dem Wechselstrom durchflossen beziehungsweise durchströmt werden können. Mit anderen Worten strömt der Wechselstrom bei einem Betrieb der elektrischen Maschine 1 durch die Wicklungen. Die Wicklungen bilden beispielsweise jeweilige Spulen des Stators 2, wobei die Spulen des Stators 2 auch als Statorspulen bezeichnet werden und von dem Wechselstrom durchflossen werden können. Insbesondere sind die Spulen beziehungsweise die Wicklungen Bestandteile des Aktivteils 4, sodass das Aktivteil 4 mit dem Wechselstrom versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird.
Die elektrische Maschine 1 weist darüber hinaus einen Rotor 5 auf, welcher um eine Drehachse 6 relativ zu dem Stator 2 drehbar ist. Dabei ist der Rotor 5 an wenigstens einer Lagerstelle 7 drehbar an dem Stator 2 gelagert. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Rotor 5 an mehreren Lagerstellen drehbar an dem Stator 2 gelagert ist, wobei von den mehreren Lagerstellen die in 1 mit 7 bezeichnete Lagerstelle erkennbar ist. Die vorigen und folgenden Ausführungen zur Lagerstelle 7 können ohne Weiteres auch auf die übrigen, anderen Lagerstellen übertragen werden und umgekehrt.
Der Rotor 5 weist eine einfach auch als Welle bezeichnete Rotorwelle 8 und ein zweites Aktivteil 9 auf, welches auf der Rotorwelle 8 angeordnet und drehfest mit der Rotorwelle 8 verbunden ist. Das Aktivteil 4 ist an dem Gehäuse 3 befestigt, insbesondere derart, dass das Aktivteil 4 gegen relativ zum Gehäuse 3 erfolgende und um die Drehachse 6 verlaufende Drehungen relativ zu dem Gehäuse 3 gesichert ist. Ferner ist vorzugsweise das Aktivteil 4 auch in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 an dem Gehäuse 3 festgelegt, wobei die axiale Richtung der elektrischen Maschine 1 in 1 durch einen Doppelpfeil 10 veranschaulicht ist und mit der Drehachse 6 zusammenfällt. Der Rotor 5 jedoch kann sich um die Drehachse 6 relativ zu dem Stator 2 und somit relativ zu dem Gehäuse 3 und relativ zum Aktivteil 4 drehen. Aus 1 ist erkennbar, dass das Aktivteil 4 an dem Gehäuse 3 angeordnet ist. Außerdem ist der Rotor 5 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuse 3 angeordnet und drehbar an dem Gehäuse 3 gelagert.
Das Aktivteil 9 weist beispielsweise ein Blechpaket auf, an welchem wenigstens eine oder mehrere, auch als Rotorspulen bezeichnete, Spulen des Rotors 5 gehalten sein können. Alternativ oder zusätzlich sind an dem Blechpaket Magnete, insbesondere Permanentmagnete, gehalten. Die Magnete sind beispielsweise in jeweiligen, auch als Taschen bezeichneten, Aufnahmen des Blechpakets angeordnet.
Der Rotor 5 ist von dem Stator 2 antreibbar und dadurch um die Drehachse 6 relativ zu dem Stator 2 drehbar. Mit anderen Worten, wird der Rotor 5, insbesondere das Aktivteil 4, mit dem Wechselstrom versorgt und somit von dem Wechselstrom durchflossen, so wird dadurch der Rotor 5 von dem Stator 2 angetrieben und somit um die Drehachse 6 relativ zu dem Stator 2 gedreht. Hierbei wird die elektrische Maschine 1 in ihrem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Über den Rotor 5, insbesondere über die Rotorwelle 8, kann die elektrische Maschine 1 in ihrem Motorbetrieb Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
Aus 1 ist erkennbar, dass die Lagerstelle 7 wenigstens ein Lagerelement 11 aufweist, welches bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Wälzlager, insbesondere als ein Kugellager, ausgebildet ist. Das Lagerelement 11 könnte jedoch als anderes Lagerelement wie beispielsweise als ein Gleitlagerelement ausgebildet sein. Über das Lagerelement 11 ist der Rotor 5, insbesondere über die Rotorwelle 8, drehbar an dem Stator 2, insbesondere dem Gehäuse 3, gelagert. Hierzu ist beispielsweise das Lagerelement 11 über einen Innenring 12 in radialer Richtung der Rotorwelle 8 und/oder in axialer Richtung der Rotorwelle 8 an der Rotorwelle 8 und somit an dem Rotor 5 abgestützt, wobei die radiale Richtung der Rotorwelle 8 mit der radialen Richtung der elektrischen Maschine 1 zusammenfällt. Die radiale Richtung der elektrischen Maschine 1 ist dabei in 1 durch einen Pfeil 13 veranschaulicht. Ferner ist beispielsweise das Lagerelement 11 über einen Außenring 14 in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung der elektrischen Maschine 1 an dem Gehäuse 3 abgestützt. Der Innenring 12 und der Au ßenring 14 bilden jeweilige Laufbahnen für Wälzkörper 15 des Lagerelements 11, wobei die Wälzkörper 15 an den Laufbahnen abwälzen können. Kommt es somit zu einer um die Drehachse 6 verlaufenden Relativdrehung zwischen dem Rotor 5 und dem Stator 2, so kommt es zu einer um die Drehachse 6 verlaufenden Relativdrehung zwischen dem Außenring 14 und dem Innenring 12, wodurch die Wälzkörper 15 an den Laufbahnen abwälzen. Hierdurch kann eine besonders reibungsarme Lagerung des Rotors 5 an dem Stator 2 gewährleistet werden.
Um eine besonders reibungs- und verschleißarme Lagerung des Rotors 5 realisieren zu können, weist die elektrische Maschine 1 darüber hinaus einen in 1 besonders schematisch dargestellten und auch als Schmiermedium oder Schmiermittel bezeichneten Schmierstoff 16 auf, mittels welchem die Lagerstelle 7, insbesondere das Lagerelement 11, zu schmieren ist beziehungsweise während eines Betriebs der elektrischen Maschine 1 geschmiert wird. Insbesondere werden mittels des Schmierstoffes 16 solche Bauteile geschmiert, die sich während des Motorbetriebs relativ zueinander bewegen.
Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere verschleißarmen Betrieb der elektrischen Maschine 1 auf besonders kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise realisieren zu können, weist der Schmierstoff 16, insbesondere zumindest oder ausschließlich, elektrische Leiter 17 auf, welche auf Basis beziehungsweise unter Nutzung von Elektronen und somit nach Art eines elektrisch leitfähigen metallischen Werkstoffs elektrische Energie übertragen und somit leiten können. Hierdurch sind der Stator 2 und der Rotor 5 über die elektrischen Leiter 17 und somit über den Schmierstoff 16 elektrisch miteinander verbunden, sodass beispielsweise leitungsbedingte Störungen, die aus dem Versorgen des Stators 2 mit dem Wechselstrom resultieren können, nach Masse, das heißt an wenigstens ein in 1 besonders schematisch dargestelltes Massepotential 18 der elektrischen Maschine 1 abgeleitet werden können.
Der Schmierstoff 16 kann ausschließlich durch die elektrischen Leiter 17 gebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass der Schmierstoff 16 die elektrischen Leiter 17 und wenigstens eine weitere Komponente aufweist. Beispielsweise sind die elektrischen Leiter 17 in der weiteren Komponente aufgenommen, wobei die weitere Komponente ein Feststoff, insbesondere ein Pulver aus festen Partikeln, oder aber eine Flüssigkeit, insbesondere eine viskose Flüssigkeit wie beispielsweise Öl, sein kann. Da die elektrischen Leiter 17 Elektronen und nicht oder nicht nur Ionen zum Übertragen und Leiten von elektrischer Energie nutzen, weisen die Leiter 17 und somit der Schmierstoff 16 auch bei hohen Frequenzen des Wechselstroms eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 19 die Frequenz des Wechselstroms aufgetragen ist. Auf der Ordinate 20 des Diagramms ist die elektrische Leitfähigkeit aufgetragen. Ein Verlauf 21 veranschaulicht die elektrische Leitfähigkeit des Schmierstoffes 16 über der Frequenz des Wechselstroms. Ein Verlauf 22 veranschaulicht die elektrische Leitfähigkeit eines Schmierstoffes, welcher elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom ausschließlich über Ionen, das heißt unter Nutzung von Ionen, übertragen und somit leiten kann. Wie aus 2 erkennbar ist, nimmt die elektrische Leitfähigkeit des Schmierstoffes, der elektrische Energie ausschließlich über Ionen übertragen kann, mit steigender Frequenz des Wechselstroms drastisch ab. Demgegenüber bleibt die Leitfähigkeit des Schmierstoffes 16 mit steigender Frequenz zumindest nahezu konstant, sodass auch bei hoher Frequenz des Wechselstroms leitungsgebundene Störungen besonders vorteilhaft nach Masse, das heißt an das Massepotential 18, abgeführt werden können.
Vorzugsweise sind die Leiter 17 als metallische Leiter ausgebildet, sodass die Leiter 17 beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind. Insbesondere können die Leiter 17 durch ein Pulver, insbesondere durch ein Metallpulver, gebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass die Leiter, insbesondere die metallischen Leiter, aus einem Metall gebildet sind, das während des Betriebs der elektrischen Maschine 1 beziehungsweise in einem Temperatureinsatzbereich flüssig ist. Dann sind unter den Leitern 17 beispielsweise Moleküle oder Atome des insbesondere flüssigen Metalls zu verstehen.
Ferner ist es denkbar, dass zumindest ein Teil der Leiter 17 aus Graphit gebildet ist, welches elektrische Energie nach Art von Metallen leiten kann und somit eine sogenannte metallische Leitung auf Elektronenbasis hat. Das Graphit selbst kann ferner als Schmiermittel zum Schmieren der Lagerstelle 7 verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass zumindest ein Teil der Leiter 17 aus Graphen gebildet ist, wobei Graphen besonders vorteilhafte elektrische Eigenschaften aufweist.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Stator
3: Gehäuse
4: erstes Aktivteil
5: Rotor
6: Drehachse
7: Lagerstelle
8: Rotorwelle
9: zweites Aktivteil
10: Doppelpfeil
11: Lagerelement
12: Innenring
13: Doppelpfeil
14: Außenring
15: Wälzkörper
16: Schmierstoff
17: elektrische Leiter
18: Massepotential
19: Abszisse
20: Ordinate
21: Verlauf
22: Verlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015205028 A1 [0002]
DE 102009036856 A1 [0003]
DE 112010004938 T5 [0004]

Claims

Elektrische Maschine (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Stator (2), mit einem Rotor (5), welcher an wenigstens einer Lagerstelle (7) drehbar an dem Stator (2) gelagert und von dem Stator (2) antreibbar und dadurch um eine Drehachse (6) relativ zu dem Stator (2) drehbar ist, und mit einem Schmierstoff (16) zum Schmieren der Lagerstelle (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff (16) elektrische Leiter (17) aufweist, über welche auf Basis von Elektronen elektrische Energie übertragbar ist und dadurch der Stator (2) und der Rotor (5) elektrisch miteinander verbunden sind.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leiter (17) als metallische Leiter ausgebildet sind.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der metallischen Leiter (17) als ein Metallpulver ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der metallischen Leiter (17) aus einem Metall gebildet ist, welches zumindest während eines Betriebs der elektrischen Maschine (1) und/oder bei 22 Grad Celsius und mehr flüssig ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Leiter (17) zumindest aus Quecksilber und/oder aus einer eutektischen Legierung, welche Gallium, Indium und Zinn umfasst, insbesondere aus Galinstan®, gebildet sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leiter (17) zumindest aus Graphen und/oder aus Graphit gebildet sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter fest sind und in einer Flüssigkeit des Schmierstoffes (16) aufgenommen sind.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff (16) als ein Festschmierstoff ausgebildet ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) und/oder der Stator (2), insbesondere ausschließlich, über die Leiter (17) mit wenigstens einem Massepotential (18) der elektrischen Maschine (1) elektrisch verbunden ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (1), mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist, wobei die elektrische Maschine (1) aufweist: - einen Stator (2); - einen Rotor (5), welcher an wenigstens einer Lagerstelle (7) drehbar an dem Stator (2) gelagert und von dem Stator (2) antreibbar und dadurch um eine Drehachse (6) relativ zu dem Stator (2) drehbar ist; und - einen Schmierstoff (16) zum Schmieren der Lagerstelle (7); dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff (16) elektrische Leiter (17) aufweist, über welche auf Basis von Elektronen elektrische Energie übertragbar ist und dadurch der Stator (2) und der Rotor (5) elektrisch miteinander verbunden sind.