DE102020203162A1 - Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors einer elektrischen Maschine gegenüber einem Gehäuse - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors (R) einer elektrischen Maschine (EM) gegenüber einem Gehäuse (GG), wobei die elektrische Erdung durch einen federbelasteten Schleifkontakt (SK) zwischen einem rotorseitigen Element (RE) und einem gehäuseseitigen Element (GE) realisiert ist, wobei das rotorseitige Element (RE) ein Signalring eines Rotorlagesensors (RLS) ist, welcher zur Erfassung einer Winkellage des Rotors (R) eingerichtet ist, sowie elektrische Maschine (EM) und Antriebseinheit (X, X1) mit einer solchen Anordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors einer elektrischen Maschine gegenüber einem Gehäuse. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine mit einer solchen Anordnung, sowie eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einer solchen elektrischen Maschine.
  • Die DE 10 2013 223 673 A1 beschreibt einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer bürstenlosen elektrischen Maschine mit einem Stator und einem drehbaren Rotor, welche über ein Kontaktelement dauerhaft elektrisch leitend verbunden sind. Dadurch können Potentialdifferenzen zwischen Stator und Rotor ausgeglichen werden, sodass ein Funkenüberschlag an der Rotorlagerung vermieden wird.
  • Auch ist bekannt, dass eine solche Vorrichtung zur Verbesserung des EMV-Verhaltens geeignet ist.
  • Aus der DE 10 2016 205 049 A1 ist eine Ableitungsvorrichtung für ein Wälzlager bekannt, wobei ein biegeelastischer Leiter zwischen den Lagerringen des Wälzlagers ausgebildet ist, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Lagerringen ausgebildet wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine konkrete Anordnung für eine solche Erdungsvorrichtung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, alternativ dazu durch die Merkmale des Patentanspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors einer elektrischen Maschine gegenüber einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei die elektrische Erdung durch einen federbelasteten Schleifkontakt zwischen einem rotorseitigen Element und einem gehäuseseitigen Element realisiert ist. Erfindungsgemäß wird das rotorseitige Element durch einen Signalring eines Rotorlagesensors gebildet. Der Rotorlagesensor ist dazu eingerichtet eine Winkellage des Rotors relativ zum Stator zu erfassen.
  • Durch eine solche Anordnung kann auf ein zusätzliches Bauelement zur Realisierung des rotorseitigen Elements verzichtet werden. Denn ein Rotorlagesensor ist zur Regelung der elektrischen Maschine in der Regel ohnehin vorhanden, vor allem bei als Synchronmaschinen ausgeführten elektrischen Maschinen. Der Geberring ist stabil genug um als rotorseitiges Element des Schleifkontakts zu dienen, da ohne diese mechanische Stabilität das Signal des Rotorlagesensors unzuverlässig wäre.
  • Vorzugsweise ist das gehäuseseitige Element des Schleifkontakt an einem mit dem Gehäuse verbunden Halteelement geführt. Durch eine solche Lösung ist eine Federvorspannung einfach umzusetzen. Die zur Herstellung der Federvorspannung erforderliche Feder ist vorzugsweise zwischen dem Haltelement und dem gehäuseseitigen Element abgestützt.
  • Vorzugsweise ist am gehäuseseitigen Element des Schleifkontakts ein Ölabstreifelement angeordnet. Das Ölabstreifelement ist dazu eingerichtet den Schleifkontakt zumindest weitgehend frei von Öl zu halten. Dadurch wird der elektrische Kontakt zwischen rotorseitigem und gehäuseseitigem Element verbessert.
  • Als weitere Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors einer elektrischen Maschine gegenüber einem Gehäuse vorgeschlagen, wobei die elektrische Erdung durch einen Wälzkontakt zwischen einem rotorseitigen Element und einem gehäuseseitigen Element realisiert ist. Erfindungsgemäß wird das rotorseitige Element durch einen Signalring eines Rotorlagesensors der elektrischen Maschine gebildet. Eine solche Anordnung zeichnet sich gegenüber der Lösung mit Schleifkontakt durch geringere Reibungsverluste aus. Vorzugsweise ist der Wälzkontakt ausschließlich zur elektrischen Erdung vorgesehen, also nicht zur Lagerung des Rotors.
  • Vorzugsweise ist das gehäuseseitige Element ein Bestandteil des Rotorlagesensors. Als Rotorlagesensor ist hierbei die Sensoreinheit zu verstehen. Derart kann die Anzahl von Einzelteilen weiter reduziert werden. Dies gilt für beide erfindungsgemäße Anordnungen.
  • Jede der erfindungsgemäßen Anordnungen kann ein Bestandteil einer elektrischen Maschine sein. Eine solche elektrische Maschine umfasst in einem solchen Fall den Stator, den Rotor, sowie den Rotorlagesensor inklusive Signalring.
  • Eine derartige elektrische Maschine kann Bestandteil einer Antriebseinheit für ein Fahrzeug sein, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug oder für ein Fahrrad mit elektrischer Antriebsunterstützung. Im Kraftfahrzeug kann die Antriebseinheit ein elektrischer Achsantrieb oder ein Getriebe mit darin integrierter elektrischer Maschine sein. Alternativ dazu kann die Antriebseinheit ein sogenanntes Hybridmodul sein, welches im Kraftfahrzeug zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe angeordnet ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
    • 1 und 2 je einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, und
    • 3 und 4 je eine Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors gegenüber einem Gehäuse.
  • 1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM auf, dessen Ausgang mit einer Eingangswelle GW1 eines Getriebes G verbunden ist. Das Getriebe G bildet eine Antriebseinheit X des Antriebstrangs. Eine Abtriebswelle GW2 des Getriebes G ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden. Das Differentialgetriebe AG ist dazu eingerichtet, die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs zu verteilen. Das Getriebe G weist einen Radsatz RS auf, welcher zusammen mit in 1 nicht dargestellten Schaltelementen dazu eingerichtet ist verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 bereitzustellen. Der Radsatz RS ist von einem Gehäuse GG umschlossen, welches auch eine mit der Eingangswelle GW1 verbundene elektrische Maschine EM beherbergt. Die elektrische Maschine EM ist dazu eingerichtet die Eingangswelle GW1 anzutreiben.
  • 2 zeigt schematisch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, welcher im Gegensatz zur in 1 dargestellten Ausführung ein rein elektrischer Antriebsstrang ist. Der Antriebsstrang weist eine Antriebseinheit X1 auf. Die Antriebseinheit X1 weist eine elektrische Maschine EM auf, welche dazu eingerichtet ist eine Welle W anzutreiben. Die Welle W ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden. Das Differentialgetriebe AG ist dazu eingerichtet, die an der Welle W anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs zu verteilen. Die Antriebseinheit X1 weist ein Gehäuse GG auf, welche die elektrische Maschine EM beherbergt. Die Welle W ist in dem Gehäuse GG drehbar gelagert.
  • Die in 1 und 2 dargestellten Antriebsstränge sind nur beispielhaft anzusehen. Der Antriebsstrang kann beispielswese zum Antrieb von Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen dienen.
  • Der Antriebsstrang gemäß 2 könnte auch für ein einspuriges Fahrzeug genutzt werden, beispielsweise für ein Fahrrad. Das Differentialgetriebe AG und eines der Antriebsräder DW würde bei einem solchen einspurigen Fahrzeug entfallen.
  • In 3 und 4 ist je ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur elektrischen Erdung dargestellt, welche beispielsweise für die elektrische Maschine EM der Antriebseinheiten X, X1 gemäß 1 und 2 geeignet sind.
  • 3 zeigt schematisch eine elektrische Maschine EM mit einem drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R. Der Rotor R ist mit der Welle GW1, W verbunden, und ist über das Wälzlager WL am Gehäuse GG drehbar gelagert. Der Stator S ist mit dem Gehäuse GG fest verbunden. Am Gehäuse GG ist ferner ein Rotorlagesensor RLS angeordnet. Der Rotorlagersensor RLS weist einen Sensorabschnitt RLS1 auf, welcher dazu eingerichtet ist eine Winkellage eines Signalrings RE zu erfassen. Der Signalring RE ist mit dem Rotor R drehfest verbunden.
  • Um einen Potentialausgleich zwischen Rotor R und Gehäuse GG zu gewährleisten ist ein Schleifkontakt SK vorgesehen. Ein rotorseitiges Element dieses Schleifkontakts SW wird durch den Signalring RE gebildet. Ein gehäuseseitiges Element GE des Schleifkontakts SK ist in einem mit dem Gehäuse GG verbundenen Halteelement HE geführt. Das Halteelement HE ist Bestandteil des Rotorlagesensors RLS. Um einen sicheren elektrischen Kontakt des Schleifkontakts SK zu gewährleisten ist eine Feder F vorgesehen, welche sich zwischen dem Halteelement HE und dem gehäuseseitigen Element GE abstützt. Das gehäuseseitige Element GE ist elektrisch leitend mit dem Gehäuse GG verbunden.
  • Am gehäuseseitigen Element GE ist ein Ölabstreifelement OA angeordnet. Das Ölabstreifelement OA ist dazu eingerichtet Öl von der Kontaktfläche des Schleifkontakts SK abzustreifen, sodass der elektrische Kontakt zwischen Signalring RE und gehäuseseitigem Element GE verbessert wird. Dadurch kann die elektrische Maschine EM in einem Nassraum angeordnet sein.
  • 4 zeigt schematisch eine elektrische Maschine EM mit einem drehfesten Stator S und einem drehbaren Rotor R. Der Rotor R ist mit der Welle GW1, W verbunden, und ist über das Wälzlager WL am Gehäuse GG drehbar gelagert. Der Stator S ist mit dem Gehäuse GG fest verbunden. Am Gehäuse GG ist ferner ein Rotorlagesensor RLS angeordnet. Der Rotorlagersensor RLS weist einen Sensorabschnitt RLS1 auf, welcher dazu eingerichtet ist eine Winkellage eines Signalrings RE zu erfassen. Der Signalring RE ist mit dem Rotor R drehfest verbunden.
  • Um einen Potentialausgleich zwischen Rotor R und Gehäuse GG zu gewährleisten ist in der Ausführung gemäß 4 ein Wälzkontakt L vorgesehen. Ein rotorseitiges Element dieses Wälzkontakts L wird durch den Signalring RE gebildet. Ein gehäuseseitiges Element GE des Wälzkontakts SK ist Bestandteil des Rotorlagesensors RLS. Das gehäuseseitige Element GE ist elektrisch leitend mit dem Gehäuse GG verbunden.
  • Der Wälzkontakt L kann beispielsweise durch ein Axiallager ausgebildet sein, welches speziell zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Kontakts zwischen den Lagerringen ausgebildet ist. Der Wälzkontakt L ist ausschließlich zur elektrischen Erdung zwischen Rotor R und Gehäuse GG vorgesehen. Über den Wälzkontakt L erfolgt keine Axialkraftabstützung des Rotors R oder der mit dem Rotor R verbundenen Welle GW1, W.
  • Bezugszeichenliste
    • X, X1
    Antriebseinheit
    VM
    Verbrennungsmotor
    G
    Getriebe
    EM
    Elektrische Maschine
    S
    Stator
    R
    Rotor
    RS
    Radsatz
    GG
    Gehäuse
    W
    Welle
    WL
    Wälzlager
    GW1
    Eingangswelle
    GW2
    Abtriebswelle
    AG
    Differentialgetriebe
    DW
    Antriebsrad
    SK
    Schleifkontakt
    L
    Wälzkontakt
    RLS
    Rotorlagesensor
    RLS1
    Sensorabschnitt
    RE
    Signalring, rotorseitiges Element
    GE
    Gehäuseseitiges Element
    HE
    Halteelement
    F
    Feder
    OA
    Ölabstreifelement
  • 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 102013223673 A1 [0002]
    • DE 102016205049 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors (R) einer elektrischen Maschine (EM) gegenüber einem Gehäuse (GG), wobei die elektrische Erdung durch einen federbelasteten Schleifkontakt (SK) zwischen einem rotorseitigen Element (RE) und einem gehäuseseitigen Element (GE) realisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das rotorseitige Element (RE) ein Signalring eines Rotorlagesensors (RLS) ist, welcher zur Erfassung einer Winkellage des Rotors (R) eingerichtet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäuseseitige Element (GE) an einem mit dem Gehäuse (GG) verbundenen Halteelement (HE) geführt ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbelastung des Schleifkontakts (SK) durch eine Feder (F) erfolgt, welche zwischen dem Halteelement (HE) und dem gehäuseseitigen Element (GE) abgestützt ist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am gehäuseseitigen Element (GE) ein Ölabstreifelement (OA) angeordnet ist, welches dazu eingerichtet ist den Schleifkontakt (SK) zumindest weitgehend frei von Öl zu halten.
  5. Anordnung zur elektrischen Erdung eines Rotors (R) einer elektrischen Maschine (EM) gegenüber einem Gehäuse (GG), wobei die elektrische Erdung mittels eines Wälzkontakts (L) zwischen einem rotorseitigen Element (RE) und einem gehäuseseitigen Element (GE) realisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das rotorseitige Element (RE) ein Signalring eines Rotorlagesensors (RLS) ist, welcher zur Erfassung einer Winkellage des Rotors (R) eingerichtet ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkontakt (L) ausschließlich zur elektrischen Erdung vorgesehen ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäuseseitige Element (GE) ein Bestandteil des Rotorlagesensors (RLS) ist.
  8. Elektrische Maschine (EM) mit einem drehfesten Stator (S), einem drehbar gelagerten Rotor (R) und einem Rotorlagesensor (RLS) zur Ermittlung einer Winkellage des Rotors (R), gekennzeichnet durch eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Antriebseinheit (X, X1) für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch eine elektrische Maschine (EM) nach Anspruch 8.
  10. Antriebseinheit (X, X1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) in einem Nassraum der Antriebseinheit (X, X1) angeordnet ist.
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