DE102020102078A1

DE102020102078A1 - Elektrische Antriebsanordnung mit einer Ableiteinrichtung mit isolierter Lagereinrichtung

Info

Publication number: DE102020102078A1
Application number: DE102020102078.3A
Authority: DE
Inventors: Paul Wittmann; Franz Voelkel; Norbert Metten; Alexander Schamin
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug zu schaffen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet. Hierzu wird eine elektrische Antriebsanordnung 1 für ein Fahrzeug vorgeschlagen mit einem Elektromotorabschnitt 2, wobei der Elektromotorabschnitt 2 einen Elektromotor 3 mit einem Rotor 6 und eine Rotorwelle 4 aufweist, wobei die Rotorwelle 4 mit dem Rotor 6 elektrisch und getriebetechnisch verbunden ist und eine Rotoreinheit 12 bildet, mit einer ersten Lagereinrichtung 110 zur Lagerung der Rotoreinheit 12 und mit einer Ableiteinrichtung 200 zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor 6 über die Rotorwelle 4 als ein erster Ableitpartner P1 zu einem zweiten Ableitpartner P2, wobei die erste Lagereinrichtung 110 als eine isolierte Lagereinrichtung ausgebildet ist.

Description

Bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen wird eine elektrische Maschine als Traktionsmotor eingesetzt. Während bei einer vordergründigen Betrachtung die elektrische Maschine verschleißarm bis verschleißfrei und insbesondere sehr problemarm zu arbeiten scheint, ergeben sich bei genauer Betrachtung Probleme, welche auf die Funktionsweise der elektrischen Maschinen zurückzuführen sind. So ist es bekannt, dass in dem Rotor der elektrischen Maschine eine Spannung und/oder Ladung induziert wird, so dass sich ein Potenzialunterschied zwischen dem Rotor und einem Gehäuse von bis zu 100 V aufbauen kann.
Der Rotor ist üblicherweise mit einer Rotorwelle einteilig ausgebildet oder mechanisch verbunden, dadurch ergibt sich ein elektrischer Kontakt zwischen Rotor und Rotorwelle, so dass der Potenzialunterschied zugleich zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse vorliegt. Zum Abbau des Potenzialunterschieds wurde bereits vorgeschlagen, eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse zu bilden.
Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 199 296 86 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, einen Antriebsmotor, wobei der Antriebsmotor einen Bürstenring aufweist, wobei der Bürstenring mit dem Gehäuse auf einer Lagerseite elektrisch leitfähig verbunden ist und mit den Bürsten auf der Rotorwelle aufliegt, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Gehäuse gebildet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug zu schaffen, welche sich durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist vorzugsweise als ein Personenkraftwagen, Bus oder Lastkraftwagen ausgebildet. Bei alternativen Ausgestaltungen kann das Fahrzeug auch als ein Fahrrad, Motorrad, E-Scooter und/oder einspurig oder zweispurig und/oder einachsig oder zweiachsig ausgebildet sein. Das Fahrzeug ist als ein Elektrofahrzeug, insbesondere als ein reines Elektrofahrzeug oder als ein Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die elektrische Antriebsanordnung dient insbesondere dazu, ein Traktionsmoment, insbesondere ein Haupttraktionsmoment, für das Fahrzeug zu erstellen und/oder bereitzustellen. Die elektrische Antriebsanordnung ist mit einer Energieeinrichtung, insbesondere mit einer Energiespeichereinrichtung, im Speziellen mit einer Batterie oder Akku, oder mit einer Brennstoffzelle mit Wasserstofftank, koppelbar oder gekoppelt, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten.
Die elektrische Antriebsanordnung weist einen Elektromotorabschnitt auf. In dem Elektromotorabschnitt ist ein Elektromotor, auch als elektrische Maschine zu bezeichnen, angeordnet. Der Elektromotor ist vorzugsweise als ein Synchronmotor oder Asynchronelektromotor ausgebildet, es können jedoch auch andere Motorbauarten verwendet werden. Vorzugsweise definiert der Elektromotor eine Hauptachse. Der Elektromotor weist einen Stator und einen Rotor auf, welche konzentrisch und/oder koaxial zueinander angeordnet sind. Ferner weist der Elektromotorabschnitt eine Rotorwelle auf, wobei die Rotorwelle mit dem Rotor drehfest verbunden ist. Die Rotorwelle und der Rotor sind miteinander elektrisch verbunden. Dies führt dazu, dass bei einem Potenzialunterschied zwischen dem Rotor und einer Umgebungskonstruktion der gleiche Potenzialunterschied zwischen der Rotorwelle und der Umgebungskonstruktion vorliegt. Der Rotor und die Rotorwelle bilden gemeinsam eine Rotoreinheit.
Die elektrische Antriebsanordnung weist eine erste Lagereinrichtung auf, welche die Rotoreinheit lagert oder zumindest mitlagert und damit einen Teil der Rotorlagerung bildet. Die erste Lagereinrichtung kann beliebig aufgebaut sein, es ist jedoch bevorzugt, dass diese als eine Wälzlagereinrichtung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die erste Lagereinrichtung als ein Rillenkugellager realisiert.
Die elektrische Antriebsanordnung weist eine Ableiteinrichtung zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder elektrischen Spannung ausgehend von dem Rotor über die Rotorwelle auf, wobei die Rotorwelle einen ersten Ableitpartner bildet. Die Ableitung erfolgt zu einem zweiten Ableitpartner. Der zweite Ableitpartner ist insbesondere als ein stationärer Ableitpartner ausgebildet. Vorzugsweise ist der zweite Ableitpartner als ein Gehäuseabschnitt oder als eine Umgebungskonstruktion oder Komponente ausgebildet, welche mit dem Gehäuseabschnitt elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere ist der Gehäuseabschnitt mit Masse verbunden und/oder geerdet. Die Ableiteinrichtung bildet insbesondere eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Ableitpartner und dem zweiten Ableitpartner. Insbesondere handelt es sich um eine ständige elektrische Verbindung zwischen den Ableitpartnern, welche sowohl stationär als auch dynamisch, also im Betrieb der elektrischen Antriebsanordnung, vorliegt.
Es ist beispielsweise vorgesehen, dass die Ableiteinrichtung zur Überbrückung von einem Ringspalt zwischen dem einen und dem anderen Ableitpartner ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Ableiteinrichtung eine Kreisringform auf, wobei der Innendurchmesser und der Außendurchmesser an den Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser des jeweiligen Ableitpartners angepasst ist oder diesen entspricht. Vorzugsweise ist die Ableiteinrichtung in Umlaufrichtung um die Hauptachse durchgängig ausgebildet.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erste Lagereinrichtung als eine elektrisch isolierte Lagereinrichtung ausgebildet ist. Die isolierte Lagereinrichtung bildet eine elektrische Isolation zwischen der Rotoreinheit und/oder der Rotorwelle und der Umgebungskonstruktion, insbesondere dem Stator und/oder dem Gehäuse.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass neben den Potenzialunterschieden zwischen der Rotoreinheit und dem Gehäuse es zudem aufgrund von Asymmetrien in dem Magnetfeld zu Kreisströmen kommen kann, die durch den Stator oder das Gehäuse, über die Rotorlagerung in die Rotorwelle und von dort über die Rotorlagerung wieder in den Stator bzw. das Gehäuse fließen. Diese Kreisströme können zu einer Beschädigung der Rotorlagerung führen. Durch den Einsatz einer isolierten Lagereinrichtung als die erste Lagereinrichtung werden die Kreisströme unterbrochen, so dass Beschädigungen der Rotorlagerung vermieden werden können. Die erste Lagereinrichtung, welche als die isolierte Lagereinrichtung ausgebildet ist, ist auf der Lagerseite des Elektromotorabschnitts angeordnet. Auf diese Weise ist die Rotorlagerung gegenüber Potenzialunterschieden durch die Ableiteinrichtung und gegenüber Kreisströmen durch die isolierte Lagereinrichtung geschützt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Elektromotorabschnitt eine Abtriebsseite und eine Lagerseite auf. Auf der Abtriebsseite wird die Rotorwelle aus dem Elektromotorabschnitt hinausgeführt, um das Antriebsmoment des Elektromotors auszuleiten. In axialer Richtung liegt die Lagerseite gegenüberliegend zu der Abtriebsseite. Insbesondere befindet sich die Abtriebsseite auf einer axialen Seite des Elektromotors und/oder des Rotors und die Lagerseite auf der anderen axialen Seite des Elektromotors und/oder des Rotors. Vorzugsweise erstreckt sich die Abtriebsseite von dem Rotor bis zum Ende des Elektromotorabschnitts auf der einen axialen Seite und die Lagerseite von dem Rotor bis zum Ende des Elektromotorabschnitts auf der anderen axialen Seite. Bei der Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Lagereinrichtung auf der Lagerseite und die Ableiteinrichtung auf der Abtriebsseite angeordnet ist. Insbesondere ist die erste Lagereinrichtung in einer axialen Richtung vor dem Rotor und die Ableiteinrichtung hinter dem Rotor angeordnet. Durch diese konstruktive Verteilung der ersten Lagereinrichtung und der Ableiteinrichtung wird erreicht, dass auf der Lagerseite die Kreisströme unterbrochen sind, auf der Abtriebsseite jedoch eine elektrische Verbindung zwischen der Rotoreinheit und der Umgebungskonstruktion geschaffen ist, so dass die Potenzialunterschiede an der Abtriebsseite abgebaut werden und etwaige nachfolgende Abschnitte nicht durch die Potenzialunterschiede belastet werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die erste Lagereinrichtung einen Innenring mit einem Kunststoffisolationsabschnitt zur elektrischen Isolation des Innenrings von der Rotorwelle und/oder von der Rotoreinheit auf. Alternativ oder ergänzend weist der Außenring einen Kunststoffisolationsabschnitt zur elektrischen Isolation des Außenrings gegenüber der Umgebungskonstruktion auf. Für den Fall, dass die Isolation besonders betriebssicher gestaltet werden soll, weisen sowohl Innenring als auch Außenring einen derartigen Kunststoffisolationsabschnitt auf. Ergänzend zu der elektrischen Isolierung bildet der Kunststoffisolationsabschnitt eine Schirmung gegen die Wärme aus dem Rotor in die Rotorwelle. Es ist besonders bevorzugt, dass der Kunststoffisolationsabschnitt am Innenring angeordnet ist, da dieser zudem als Schirmung gegen die Wärme aus dem Rotor dient. Dieser Wärmeeinfluss führt ansonsten zu großen Temperaturunterschiede zwischen Innenring und Außenring, was bei der Betriebsspielauslegung berücksichtigt werden muss und dadurch zum Zielkonflikt zwischen enger axialer Führung und robustem Verhalten bei Wärmeeintrag führt.
Es ist bevorzugt, dass der Kunststoffisolationsabschnitt urformend aufgebracht ist, insbesondere wird dieser aufgespritzt. Dadurch kann der Kunststoffisolationsabschnitt in radialer Richtung sehr dünn ausgebildet werden, so dass zum einen die Stabilität der ersten Lagereinrichtung erhöht wird und zum andern der radiale Bauraum klein bleibt trotz der zusätzlichen Funktion. Es können Thermoplast- und Duroplastwerkstoffe eingesetzt werden. Mit Blick auf das Anwendungsgebiet sind Duroplastwerkstoffe bevorzugt, da diese eine bessere Temperaturstabilität und Medienverträglichkeit versprechen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die elektrische Antriebsanordnung eine zweite Lagereinrichtung auf, welche auf der Abtriebsseite der Rotoreinheit angeordnet ist. Die zweite Lagereinrichtung bildet einen weiteren Teil der Rotorlagerung. Besonders bevorzugt wird in dem Elektromotorabschnitt die Rotorlagerung - insbesondere ausschließlich - durch die erste und die zweite Lagereinrichtung umgesetzt. Nachdem bevorzugt die Ableiteinrichtung ebenfalls auf der Abtriebsseite angeordnet ist, wird die zweite Lagereinrichtung vor den Potenzialunterschieden und vor den Kreisströmen geschützt.
In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist der Elektromotorabschnitt einen Motorraum auf, wobei der Motorraum getriebeölfrei und/oder trocken ausgebildet ist. Ist vorgesehen, dass der Rotor, die Ableiteinrichtung und die zweite Lagereinrichtung in dem Motorraum angeordnet sind. Bei einer möglichen Konkretisierung sind die zweite Lagereinrichtung und die Ableiteinrichtung voneinander in axialer Richtung beabstandet ausgebildet. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass ausgehend von dem Rotor zunächst die zweite Lagereinrichtung und erst nachfolgend die Ableiteinrichtung angeordnet sind. Damit kann der Rotor durch die erste und die zweite Lagereinrichtung betriebssicher gelagert werden, ohne dass die Ableiteinrichtung zwischen den Lagereinrichtungen angeordnet ist.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung bilden die zweite Lagereinrichtung die Ableiteinrichtung eine Lagereinheit. Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Lagereinrichtung einen Innenring und einen Außenring aufweist, wobei die Ableiteinrichtung den Innenring mit dem Außenring elektrisch verbindet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Lagereinheit mit den beiden Funktionen als eine Baugruppe, vorzugsweise als eine selbsthaltende Baugruppe, in die elektrische Antriebsanordnung integriert werden kann.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Antriebsanordnung einen Getriebeabschnitt auf, wobei in dem Getriebeabschnitt eine Getriebeeinrichtung angeordnet ist. Die Getriebeeinrichtung kann als eine Kupplungseinrichtung und/oder als eine Schalteinrichtung und/oder als eine Übersetzungseinrichtung ausgebildet sein. Die Rotorwelle ist mit der Getriebeeinrichtung getriebetechnisch verbunden, insbesondere bildet die Rotorwelle eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Es ist vorgesehen, dass die elektrische Antriebsanordnung einen Trennabschnitt aufweist, wobei der Trennabschnitt zwischen dem Elektromotorabschnitt und dem Getriebeabschnitt insbesondere in axialer Richtung zu der Hauptachse angeordnet ist. Der Trennabschnitt umfasst eine Trennwand zwischen dem Elektromotorabschnitt und dem Getriebeabschnitt. Insbesondere weist der Elektromotorabschnitt einen Motorraum und der Getriebeabschnitt mindestens einen Getrieberaum auf, wobei der Trennabschnitt den Motorraum von dem angrenzenden Getrieberaum trennt, insbesondere schmutzdicht oder öldicht trennt. Die Rotorwelle, ist durch den Trennabschnitt durchgeführt und gegenüber dem Trennabschnitt bevorzugt mit einer Dichtungseinrichtung abgedichtet. Die Dichtungseinrichtung kann als eine berührende Dichtungseinrichtung oder als eine kontaktlose Dichtungseinrichtung, insbesondere als eine Spaltdichtung ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Dichtungseinrichtung als eine Wellendurchführung ausgebildet. Beispielsweise weist der Elektromotorabschnitt ein Motorteilgehäuse und der Getriebeabschnitt ein Getriebeteilgehäuse auf, wobei der Trennabschnitt zwischen dem Motorteilgehäuse und dem Getriebeteilgehäuse trennend angeordnet ist. Vorzugsweise bilden Motorteilgehäuse und Getriebeteilgehäuse gemeinsam ein Gehäuse für die elektrische Antriebsanordnung. Vorzugsweise ist der Elektromotorabschnitt als ein Trockenbereich ausgebildet. Der Getriebeabschnitt, insbesondere der angrenzende Getrieberaum ist wahlweise als ein Ölbereich oder als ein Trockenbereich realisiert. Für den Fall, dass dieser als ein Trockenbereich realisiert ist, bildet der Trennabschnitt eine schmutzdichte Abtrennung. Für den Fall, dass dieser als ein Ölbereich realisiert ist, bildet der Trennabschnitt eine öldichte Abtrennung. Bei dieser Ausgestaltung ist es besonders bevorzugt, dass die zweite Lagereinrichtung in dem Getrieberaum und die Ableiteinrichtung in dem Motorraum angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die elektrischen/elektronischen Bauteile allesamt auf der Seite des Elektromotorabschnitts angeordnet sind, so dass die Verantwortung für die elektrische/elektronische Umsetzung auf den Elektromotorabschnitt und die Verantwortung für die mechanische Umsetzung auf den Getriebeabschnitt festgelegt ist. Zudem wird die Ableiteinrichtung dort installiert, wo die elektrische Ladung und/oder elektrische Spannung in dem Rotor entsteht, so dass diese räumlich nahe abgeführt werden kann. Insbesondere ist die Ableiteinrichtung in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse zwischen dem Rotor und der Dichtungseinrichtung angeordnet. Auf diese Weise ist die zweite Lagereinrichtung, insbesondere für den Fall, dass der Getrieberaum als ein Ölbereich ausgebildet ist, bereits geschmiert, die Ableiteinrichtung läuft dagegen in einem Trockenbereich.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die elektrische Antriebsanordnung als ein Hybridmodul ausgebildet.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung mit einer Ableiteinrichtung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 die Antriebsanordnung in gleicher Darstellung wie 1 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 die Antriebsanordnung in gleicher Darstellung wie 1 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine elektrische Antriebsanordnung 1 für ein Fahrzeug, nicht dargestellt, als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann das Fahrzeug als ein ein- oder mehrspuriges und/oder als ein ein- oder mehrachsiges Fahrzeug ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Fahrzeug ein reines Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen, Bus oder Lastkraftwagen ausgebildet sein. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch beispielsweise als ein Fahrrad (Pedelec), Motorrad (Elektromotorrad) oder E-Scooter ausgebildet sein.
Die Antriebsanordnung 1 dient zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines Traktionsmoments, insbesondere eines Haupttraktionsmoments, für das Fahrzeug. Hierzu weist die Antriebsanordnung 1 einen Elektromotorabschnitt 2 auf, welcher einen Elektromotor 3 zur Erzeugung des Traktionsmoments und eine Rotorwelle 4 zur Übertragung des Traktionsmoments aufweist. Der Elektromotor 3 kann mit einer Energieeinrichtung, z.B. eine Batterie oder ein Akku, elektrisch verbunden sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten. Der Elektromotor 3 kann beispielsweise als ein Gleichstrom-, Synchron- oder Asynchronmotor ausgebildet sein.
Der Elektromotor 3 weist einen Stator 5 und einen Rotor 6 auf. Der Rotor 6 ist mit der Rotorwelle 4 antriebstechnisch verbunden, sodass die Rotorwelle 4 über und/oder durch den Rotor 6 angetrieben wird. Die Rotorwelle 4 ist somit als eine Rotorwelle ausgebildet und ist hierzu mechanisch, z.B. drehfest, und elektrisch mit dem Rotor 6 verbunden, so dass eine Rotoreinheit 12 gebildet ist. Die Rotorwelle 4 definiert mit ihrer Rotationsachse eine Hauptachse H, wobei der Stator 5 und der Rotor 6 in Bezug auf die Hauptachse H koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 4 weist der Elektromotorabschnitt 2 eine erste und eine zweite Lagereinrichtung 110, 120 auf, wobei die Rotorwelle 4 über die Lagereinrichtungen 110, 120 in radialer Richtung an dem Stator 5 abgestützt sind. Die Lagereinrichtungen 110, 120 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als ein Kugellager, insbesondere ein Rillenkugellager ausgebildet und bilden die Rotorlagerung. Die erste Lagereinrichtung 110 ist auf einer Lagerseite L des Elektromotorabschnitts 2, die zweite Lagereinrichtung ist auf einer Abtriebsseite A des Elektromotorabschnitts angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Lagereinrichtung 110, 120 ist der Rotor 6 angeordnet.
Ferner weist die elektrische Antriebsanordnung 1 einen Getriebeabschnitt 7 auf, welcher zur Übertragung und/oder Übersetzung und/oder Verteilung des Traktionsmoments des Elektromotors 3 dient. Hierzu ist in dem Getriebeabschnitt 7 eine Getriebeeinrichtung 8, nur schematisch angedeutet, angeordnet, wobei die Getriebeeinrichtung 8 eine Kupplungseinrichtung, z.B. eine form- oder reinschlüssige Kupplung, und/oder eine Schalteinrichtung, z.B. ein elektrisch und/oder hydraulisch betätigbarer Schaltzylinder, und/oder eine Übersetzungseinrichtung, z.B. ein Planeten- und/oder Stufenradgetriebe, umfassen kann. Der Elektromotorabschnitt 2 und der Getriebeabschnitt 7 sind über die Rotorwelle 4 getriebetechnisch miteinander verbunden, wobei die Rotorwelle 4 eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung 8 bildet. Über eine Ausgangswelle 9 kann das Traktionsmoment beispielsweise an ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs weitergegeben werden.
Des Weiteren weist die elektrische Antriebsanordnung 1 einen Trennabschnitt 10 auf, welcher einen Motorraum des Elektromotorabschnitts 2 von einem angrenzenden Getrieberaum des Getriebeabschnitts 7 trennt. Der Trennabschnitt 10 ist hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen dem Elektromotorabschnitt 2 und dem Getriebeabschnitt 7 angeordnet. Beispielsweise kann der Motorraum ein Trockenbereich und der angrenzende Getrieberaum ein weiterer Trockenbereich oder ein Ölbereich sein, wobei der Trennabschnitt 10 eine schmutzdichte und gegebenenfalls eine öldichte Abtrennung zwischen dem Elektromotorabschnitt 2 und dem Getriebeabschnitt 7 bildet. Die Rotorwelle 4 ist durch den Trennabschnitt 10 geführt und über eine Dichtungseinrichtung 11 gegenüber dem Trennabschnitt 10 abgedichtet. Die Dichtungseinrichtung 11 kann beispielsweise als eine berührende Dichtungseinrichtung, z.B. ein Rotorwellendichtring, oder als eine berührungslose Dichtungseinrichtung, z.B. eine Spaltdichtung, ausgebildet sein.
In einem Motorbetrieb des Elektromotors 3 können Potenzialunterschiede verursacht werden, welche sich über die Lagereinrichtungen 110, 120 entladen und die Lagereinrichtungen 110, 120 beschädigen können. Dagegen weist die elektrische Antriebsanordnung 1 eine Ableiteinrichtung 200 auf, welche zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder elektrischen Spannung ausgehend von dem Rotor 6 über die Rotorwelle 4, als ein erster Ableitpartner P1, zu einem zweiten Ableitpartner P2 dient.
Der zweite Ableitpartner P2 bildet gegenüber dem ersten Ableitpartner P1, also der Rotorwelle 4, einen stationären Ableitpartner. Der zweite Ableitpartner P2 kann beispielsweise durch den Stator 5 selbst und/oder durch einen Gehäuseabschnitt, z.B. Motorgehäuse, und/oder eine Umgebungskonstruktion, z.B. Fahrgestell, und/oder eine Komponente, welche mit dem Stator 5, dem Gehäuseabschnitt bzw. der Umgebungskonstruktion elektrisch leitend verbunden ist, gebildet sein. Die Ableiteinrichtung 200 bildet eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Ableitpartner P1 und dem zweiten Ableitpartner P2. Dabei ist der zweite Ableitpartner P2 mit Masse verbunden und/oder geerdet, sodass die Rotorwelle 4 über die Ableiteinrichtung 200 geerdet wird. Hierzu bildet die Ableiteinrichtung 200 einen Strompfad mit einem niedrigeren Widerstand gegenüber den Lagereineinrichtungen 110, 120, sodass die Entladungsströme parallel zu den Lagereinrichtungen 110, 120 abgeleitet werden. Die beiden Ableitpartner P1, P2 sind über die Ableiteinrichtung 200 ständig miteinander elektrisch verbunden, wobei eine elektrische Ableitung sowohl stationär als auch dynamisch, also im Motorbetrieb, erfolgt.
Als weitere Störeffekte können Kreisströme K entstehen, welche in der 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt sind. Die Kreisströme K entstehen durch asymmetrische Magnetfelder und würden ohne weitere Maßnahmen von der Rotorwelle 4, über die erste Lagereinrichtung 110, den Stator 5 über die zweite Lagereinrichtung 110 wieder in die Rotorwelle 4 verlaufen. Auch diese Kreisströme K führen zu einer Beschädigung der Rotorlagerung. Um die Kreisströme K zu unterbrechen, ist die erste Lagereinrichtung 110 als eine isolierte Lagereinrichtung ausgebildet. Die erste Lagereinrichtung 110 weist einen Innenring 111 und ein Außenring 112 auf, zwischen denen Wälzkörper 113 abwälzend angeordnet sind. Entweder ist der Innenring 111 gegenüber der Rotorwelle 4 oder der Außenring 112 gegen den Stator 5 elektrisch isoliert. Es ist auch möglich, dass sowohl der Innenring 111 als auch der Außenring 112 elektrisch isoliert sind. Hierfür weist der Innenring 111 einen inneren Kunststoffisolationsabschnitt 114 auf, welcher in der 1 nur schematisiert durch zwei Schrägstriche dargestellt ist. Alternativ oder ergänzend weist der Außenring 112 eine äußeren Grundstoffisolationsabschnitt 115 auf, welcher in der 1 ebenfalls nur schematisiert durch zwei Schrägstriche gezeigt ist. Der inneren Kunststoffisolationsabschnitt 114 ist zwischen der Rotorwelle 4 und dem Innenring 111 angeordnet und beispielsweise als eine gespritzte Hülse ausgebildet, welche koaxial zu der Hauptachse H angeordnet ist. Durch das Kunststoffspritzen der Hülse wird der Grundstoffisolationsabschnitt urformend aufgebracht. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Thermoplast oder um einen Duroplast handeln. Der äußere Grundstoffisolationsabschnitt 115 ist zwischen dem Außenring 112 und dem Stator 5 angeordnet und beispielsweise ebenfalls als eine gespritzte Hülse ausgebildet, welche koaxial zu der Hauptachse H angeordnet ist. Somit wird auch der äußere Grundstoffisolationsabschnitt urformend 115 aufgebracht.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ableiteinrichtung 200 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen der zweiten Lagereinrichtung 120 und dem Trennabschnitt 10 in dem Elektromotorabschnitt 2 angeordnet. Somit ist die Ableiteinrichtung 200 in Bezug auf die zweite Lagereinrichtung 120 auf der getriebenahen Seite in dem Motorraum angeordnet. Die erste Lageranordnung 110 mit der Isolierung ist auf der Lagerseite L angeordnet. Durch die getriebenahe Position der Ableiteinrichtung 200 und die Isolierung der ersten Lagereinrichtung 110 kann der Getriebeabschnitt 7 vor Entladungsströmen und Kreisströmen geschützt werden, sodass etwaige Lager in der Getriebeeinrichtung 8 keine Schäden erleiden.
Betrachtet man die elektrische Antriebsanordnung 1 in axialer Richtung, so reihen sich die Komponenten wie folgt auf: erste Lagereinrichtung 110 mit Isolierung; Rotor 6; zweite Lagereinrichtung 120; Ableiteinrichtung 200; Trennabschnitt 10/Dichtungseinrichtung 11.
Die 2 zeigt in der gleichen Darstellung wie in der 1 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei bis auf die Unterschiede auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen wird. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind die zweite Lagereinrichtung 120 und die Ableiteinrichtung 200 zu einer gemeinsamen Lagereinheit 121 zusammengeführt. Die zweite Lagereinrichtung 120 weist einen Innenring 122 und ein Außenring 123 auf, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind. Die Ableiteinrichtung 200 ist als ein Kreisringkörper ausgebildet, wobei der Kreisringkörper mechanisch und elektrisch mit dem Außenring 123 verbunden ist und kontaktierend auf oder an dem Innenring 122 anliegt, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Innenring 122 und dem Außenring 123 hergestellt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist es auch denkbar, dass die Ableiteinrichtung 200 mechanisch an dem Innenring 122 befestigt ist und an dem Außenring 123 anliegt. In der 2 ist die Ableiteinrichtung 200 getriebeseitig in der Lagereinheit 121 integriert. Alternativ hierzu kann die Ableiteinrichtung 200 auch motorseitig in der Lagereinheit 121 integriert sein. Die Lagereinheit 121 kann beispielsweise als eine selbsthaltende Lagereinheit ausgebildet sein, so dass diese besonders einfach montiert werden kann. Zur Funktionsweise wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen.
Die 3 zeigt in der gleichen Darstellung wie in der 1 drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei bis auf die Unterschiede auf die Beschreibung der 1 verwiesen wird. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist die zweite Lagereinrichtung 120 auf der Getriebeseite des Trennabschnitt 10 und/oder in dem Getrieberaum des Getriebeabschnitts 7 angeordnet. Diese Positionierung hat den Vorteil, dass die zweite Lagereinrichtung 120 - für den Fall, dass in dem Getriebeabschnitt 7 bereits eine Ölatmosphäre herrscht - bereits geschmiert ist, wohingegen die Ableiteinrichtung 200 in dem Motorraum in einer ölfreien Atmosphäre verbleibt.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsanordnung
2: Elektromotorabschnitt
3: Elektromotor
4: Rotorwelle
5: Stator
6: Rotor
7: Getriebeabschnitt
8: Getriebeeinrichtung
9: Ausgangswelle
10: Trennabschnitt
11: Dichtungseinrichtung
12: Rotoreinheit
110: erste Lagereinrichtung
111: Innenring der ersten Lagereinrichtung
112: Außenring der ersten Lagereinrichtung
113: Wälzkörper
114: inneren Kunststoffisolationsabschnitt
115: äußerer Kunststoffisolationsabschnitt
120: zweite Lagereinrichtung
121: Lagereinheit
122: Innenring der zweiten Lagereinrichtung
123: Außenring der zweiten Lagereinrichtung
200: Ableiteinrichtung
H: Hauptachse
P1: erster Ableitpartner
P2: zweiter Ableitpartner
L: Lagerseite
A: Abtriebsseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19929686 A1 [0003]

Claims

Elektrische Antriebsanordnung (1) für ein Fahrzeug mit einem Elektromotorabschnitt (2), wobei der Elektromotorabschnitt (2) einen Elektromotor (3) mit einem Rotor (6) und eine Rotorwelle (4) aufweist, wobei die Rotorwelle (4) mit dem Rotor (6) elektrisch und getriebetechnisch verbunden ist und eine Rotoreinheit (12) bildet, mit einer ersten Lagereinrichtung (110) zur Lagerung der Rotoreinheit (12) und mit einer Ableiteinrichtung (200) zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor (6) über die Rotorwelle (4) als ein erster Ableitpartner (P1) zu einem zweiten Ableitpartner (P2), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinrichtung (110) als eine isolierte Lagereinrichtung ausgebildet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotorabschnitt (2) eine Abtriebsseite (A) und eine Lagerseite (L) aufweist, wobei die erste Lagereinrichtung (110) auf der Lagerseite (L) und die Ableiteinrichtung (200) auf der Abtriebsseite (A) angeordnet ist.
Elektrische Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagereinrichtung (110) einen Innenring (111) mit einem inneren Kunststoffisolationsabschnitt (114) zur elektrischen Isolation des Innenrings (111) und/oder einen Außenring (112) mit einem äußeren Kunststoffisolationsabschnitt (115) zur elektrischen Isolation des Außenrings (112) aufweist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innere und/oder äußere Kunststoffisolationsabschnitt (114,115) als eine urformend aufgebrachte Kunststoffschicht ausgebildet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Lagereinrichtung (120), wobei die zweite Lagereinrichtung (120) auf der Abtriebsseite (A) der Rotoreinheit (12) angeordnet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotorabschnitt (2) einen getriebeölfreien Motorraum aufweist, wobei der Rotor (6), die Ableiteinrichtung (200) und die zweite Lagereinrichtung (120) in dem Motorraum angeordnet sind.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lagereinrichtung (120) und die Ableiteinrichtung (200) eine Lagereinheit (121) bilden, wobei die zweite Lagereinrichtung (120) einen Innenring (122) und einen Außenring (123) aufweist, wobei der Ableiteinrichtung (200) den Innenring (122) mit dem Außenring (123) elektrisch verbindet.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Getriebeabschnitt (7) mit einer Getriebeeinrichtung (8) und einen Trennabschnitt (11) aufweist, wobei die Getriebeeinrichtung (8) in dem Getriebeabschnitt (7) angeordnet ist, wobei die Rotorwelle (4) mit der Getriebeeinrichtung (8) getriebetechnisch verbunden ist, wobei der Trennabschnitt (10) zwischen dem Elektromotorabschnitt (2) und dem Getriebeabschnitt (7) angeordnet ist, wobei die Getriebeeinrichtung in einem Getrieberaum und der Rotor in einem Motorraum angeordnet ist, wobei der Trennabschnitt (10) den Motorraum von dem Getrieberaum trennt und wobei die zweite Lagereinrichtung (120) in dem Getrieberaum angeordnet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trennabschnitt (10) eine Dichtungseinrichtung (11) zur Durchführung der Rotorwelle (4) angeordnet ist, wobei der Motorraum getriebeölfrei und der Getrieberaum getriebeölbeaufschlagt ausgebildet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass diese als ein Hybridmodul für das Fahrzeug ausgebildet ist.