DE102022128287A1

DE102022128287A1 - Wälzlageranordnung, elektrische Maschine und elektrischer Achsantriebsstrang

Info

Publication number: DE102022128287A1
Application number: DE102022128287.2A
Authority: DE
Inventors: Jörg Loos; Bastian Arndt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung (1), insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend ein erstes Wälzlager (4), wobei das Wälzlager (4) einen Innenring (5) und einen Außenring (6) aufweist, zwischen denen Wälzkörper (7) aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn (8) des Innenrings (5) und einer Außenringlaufbahn (9) des ersten Außenrings (10) wälzen, wobei die Wälzlageranordnung (1) ein induktives Element (11) als passive Filterkomponente für hochfrequente Ströme aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein erstes Wälzlager, wobei das Wälzlager einen Innenring und einen Außenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn des Innenrings und einer Außenringlaufbahn des ersten Außenrings wälzen. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Maschine und einen elektrischen Achsantriebsstrang.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibbarer Antriebsstrang bezeichnet.
Die in derartigen Achsantriebssträngen verwendeten elektrischen Axialfluss-, wie auch Radialflussmaschinen werden üblicherweise mit einem LeistungselektronikModul bestromt, das auch als Inverter bezeichnet wird. Hierbei besteht zunächst ein anhaltendes Bedürfnis, den Inverter und die elektrische Maschine möglichst kompakt auszuführen und fertigungs- bzw. montagetechnisch besonders vorteilhaft auszubilden.
Wenn mehrere elektronische Vorrichtungen in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind, wie es zum Beispiel in einem derartigen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art der Fall ist, ist es erforderlich, die jeweiligen elektronischen Vorrichtungen gegenüber der elektromagnetischen Strahlung der übrigen elektronischen Vorrichtungen zu schützen, da die elektromagnetische Strahlung die jeweiligen elektronischen Funktionen der Bauteile stören kann, was regelmäßig unerwünscht ist. Gleichfalls muss der Austritt von entsprechender elektromagnetischer Strahlung ausgehend von den entsprechenden elektronischen bzw. elektrischen Bauteilen in deren Umgebung weitestmöglich verhindert werden, um eine nicht erwünschte elektromagnetische Einflussnahme (EMV=elektromagnetische Verträglichkeit) auf benachbarte Bauelement zu vermeiden.
Insbesondere auch durch den vermehrten Einsatz von schnell-schaltenden Leistungsschaltern (z.B. SiC oder GaN) steigen die Anforderung an eine derartige EMV-Filterung kontinuierlich.
Eine bekannte Maßnahme gegen die Übertragung derartiger, hochfrequenter Störungen durch den Inverter ist die Verwendung von elektrischen Filtern zwischen Inverter und der elektrischen Maschine. Sogenannte Common-Mode Chokes, die in weiten Frequenzbereichen als Induktivität wirken, reduzieren hierbei insbesondere hochfrequente elektrische Ströme bzw. Störungen. Neben dem parasitären Common-Mode-Strom fließt dann auch der Strom, der die elektrische Maschine antreibt, durch die Common-Mode-Chokes, was jedoch nachteilig z.B. im Bezug auf frühzeitige Sättigung und Wirbelstromverluste ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine verbesserte_Wälzlageranordnung, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, welche eine hohe Betriebssicherheit und ein günstiges EMV-Verhalten aufweisen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine optimierte elektrische Maschine und einen verbesserten elektrischen Achsantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug zu realisieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein erstes Wälzlager, wobei das Wälzlager einen Innenring und einen Außenring aufweist, zwischen denen Wälzkörper aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn des Innenrings und einer Außenringlaufbahn des Außenrings wälzen, wobei die Wälzlageranordnung ein induktives Element als passive Filterkomponente für hochfrequente Ströme aufweist.
Hierdurch wird u.a. der Vorteil erzielt, dass beispielsweise auf Entstörmaßnahmen zwischen einem Inverter und einer elektrischen Maschine verzichtet werden kann, da die entsprechende EMV-Filterwirkung durch die Lageranordnung bereitgestellt wird. Ferner wird es möglich auch ein elektrisch isoliertes Wälzlager gegen Zirkularströme insbesondere auch an der abtriebsseitigen Position einer elektrischen Maschine zu verwenden. Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, auf ein elektrisch isoliertes Wälzlager bei geringem bis mittleren Zirkularstromrisiko zurückzugreifen.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung stellt somit eine passive Filterkomponente dar, die beispielsweise zwischen der Impedanz von Inverter und elektrischer Maschine und dem Abtrieb angeordnet ist. Da in diesem Anwendungsbeispiel der Wälzlageranordnung die elektrische Maschine mit ihrem kapazitiven Netzwerk nur eine geringe Impedanz für hochfrequente Störungen bzw. Ströme darstellt, können diese hochfrequente Störungen relativ ungehindert über den Pfad „Motorwelle => Abtriebswelle“ abgestrahlt abgegeben werden. Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung, wenn sie für die Lagerung der Rotorwelle der elektrischen Maschine eingesetzt wird, verhindert dies mit ihrem induktiven Element, dass eine hohe Impedanz bei hohen Frequenzen aufweist, und leitet über die elektrische Kapazität (geringe Impedanz bei hohen Frequenzen) die Störungen ab.
Bevorzugt bilden das Wälzlager und das induktive Element eine bauliche Einheit, beispielsweise indem das induktive Element mit dem Innenring oder Außenring verbunden ist.
Bevorzugt weist die Lageranordnung eine Mehrzahl von induktiven Elementen auf, wodurch die Filterwirkung des passiven EMV-Filters weiter verbessert werden kann.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung umfasst ein Wälzlager.
Der Innenring des Wälzlagers kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden. Der Innenring kann einen Innenringeinstich aufweisen. In einem Innenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Innenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Innenring ausgebildet.
Der Außenring des Wälzlagers kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden. Der Außenring kann einen Außenringeinstich aufweisen. In einem Außenringeinstich kann insbesondere eine Abdeckscheibe, Dichtscheibe und/oder Dichtung insbesondere kraft- und/oder formschlüssig angeordnet sein. Bevorzugt ist der Außenringeinstich als eine umlaufende Nut in dem Außenring ausgebildet.
Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Rollenförmige Wälzkörper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet. Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen. Es ist auch möglich, dass die Wälzkörper aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material, wie zum Beispiel einer Keramik, geformt sein können.
Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
Wälzkörper können in einem Käfig oder durch Wälzkörperdistanzstücke geführt und voneinander beabstandet sein. Es ist grundsätzlich auch denkbar, ein käfigloses Wälzlager auszubilden, welches auch als vollrolliges Wälzlager bezeichnet wird. Bei vollrolligen Wälzlagern können sich benachbarte Wälzkörper kontaktieren.
Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst geringgehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
Ein Wälzlager kann eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern. Hierzu können die eingesetzten Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen versehen sein, die an einem Bauteil des Wälzlagers anliegen können. Diese sind derart ausgelegt, dass sie zum einen möglichst über die gesamte Lebensdauer das Lager abdichten, andererseits die Reibung durch die anliegende Dichtung nicht zu hoch ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das induktive Element aus Ferrit gebildet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass Ferrit gute Impedanzeigenschaften aufweist sowie vergleichsweise kostengünstig bereitgestellt werden kann. Ebenfalls ist Ferrit gut formbar, was fertigungstechnische Vorteile mit sich bringt.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das induktive Element ringförmig ausgeformt ist.
Es kann hierdurch erreicht werden, dass das induktive Element besonders einfach mit dem Wälzlager koppelbar ist. Ferner haben ringförmige induktive Elemente ein besonders vorteilhaftes EMV-Verhalten bzw. Filtereigenschaften.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das ringförmige induktive Element am Innenring oder am Außenring anliegt, was ebenfalls zu einem guten EMV-Verhalten bzw. Filtereigenschaften beiträgt.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das ringförmige induktive Element wenigstens eine axial verlaufende Durchgangsöffnung aufweist, mittels derer insbesondere ein Schmiermittel das induktive Element in axialer Richtung durchströmen kann.
Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass die Kapazität der durch ein Schmiermittel bewirkten Schmierfilme innerhalb des Wälzlagers den Filtereffekt für hochfrequente Ströme unterstützen, beispielsweise durch ein direktes Ableiten hochfrequenter Wechselströme in eine Gehäusestruktur.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das induktive Element so konfiguriert ist, dass es für hochfrequente elektrische Ströme mit Frequenzen von größer als 10⁶ Hz eine Impedanz von größer als 10² Ω aufweist, wodurch sich eine gute EMV- bzw Filterwirkung bereitstellen lässt.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine elektrische Maschine umfassend einen Stator und einen dazu drehbar gelagerten Rotor sowie einen Inverter zur Bestromung der elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mittels eine Wälzlageranordnung nach einem der Ansprüche 1-6 gelagert ist.
Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radialflussmaschine konfiguriert sein. Der Stator einer Radialflussmaschine ist üblicherweise zylindrisch aufgebaut und besteht in der Regel aus gegeneinander elektrisch isolierten und geschichtet aufgebauten und zu Blechpaketen paketierten Elektroblechen. Über den Umfang verteilt, sind in das Elektroblech parallel zur Rotorwelle verlaufend angeordnet Nuten oder umfänglich geschlossene Ausnehmungen eingelassen, welche die Statorwicklung bzw. Teile der Statorwicklung aufnehmen. In Abhängigkeit von der Konstruktion zur Oberfläche hin können die Nuten mit Verschlusselementen, wie Verschlusskeilen oder Deckeln oder dergleichen verschlossen sein, um ein Herauslösen der Statorwicklung zu verhindern.
Die elektrische Maschine kann alternativ auch als Axialflussmaschine ausgebildet werden. Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine (AFM) ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I-Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Die elektrische Axialflussmaschine ist bevorzugt als I-Typ konfiguriert.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurationen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des I-Typs sowie eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des H-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I-Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor-Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die elektrische Maschine wird mittels eines Inverters bestromt. Dabei ist die Leistungselektronik des Inverters bevorzugt in einem Invertergehäuse aufgenommen. Das Invertergehäuse kann bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt sein. Besonders bevorzugt besitzt das Invertergehäuse eine topfartige Raumform. In diesem Zusammenhang ist es besonders zu bevorzugen, dass der Gehäusedeckel in das topfartige Invertergehäuse einsetzbar ist. Alternativ wäre es auch denkbar, dass der Gehäusedeckel auf dem topfartigen Invertergehäuse aufliegt und dessen Öffnung überdeckt. Das Invertergehäuse kann auch Bestandteil des Motorgehäuses einer elektrischen Maschine sein oder umgekehrt. Dies bedeutet, dass das Invertergehäuse ganz oder teilweise einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Motorgehäuse ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Gehäusedeckel aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem Stahl, geformt ist. Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Invertergehäuse aus einem metallischen Material geformt ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine besonders gute elektromagnetische Abschirmung der umliegenden Komponenten mit einem metallischen Invertergehäuse und/oder Gehäusedeckel bewirkt werden kann. Höchst bevorzugt ist der Gehäusedeckel aus deinem Blech geformt.
Die in dem Invertergehäuse aufgenommene Leistungselektronik kann insbesondere für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an die elektrische Maschine des Achsantriebsstrang steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln.
Bevorzugt weist die Leistungselektronik zusätzlich eine Steuereinheit, beispielsweise in Form einer Steuerelektronik und/oder einer Sensorelektronik, für die elektrische Maschine auf.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Innenring der Wälzlageranordnung drehfest mit dem Rotor verbunden ist und der Außenring der Wälzlageranordnung drehfest in einer gegenüber dem Rotor drehfesten Struktur angeordnet ist und das induktive Element an dem Außenring anliegt. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass sich hierdurch hochfrequente Ströme besonders gut ableiten lassen.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass das induktive Element auf einer aus der elektrischen Maschine herausweisenden Seite des Außenrings positioniert ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass zum einen eine gute Ableitung der hochfrequenten Ströme und zum anderen eine gute Filterwirkung auf der Ausgangsseite des Rotors bzw. der Rotorwelle erfolgen kann.
Schließlich kann die Erfindung auch gelöst sein durch einen elektrischen Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfassend eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7-9.
Ein elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und bevorzugt eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.
Ein Motorgehäuse kann die elektrische Maschine umhausen. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Aluminiumdruckguss, Magnesiumdruckguss, Grauguss oder Stahlguss geformt sein.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Der elektrische Achsantriebsstrang ist mittels des Leistungselektronikmoduls betreibbar, bevorzugt, indem das Leistungselektronikmodul Strom in den elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang leitet, z.B. an eine Statorwicklung der elektrischen Maschine.
Die Getriebeanordnung ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet, ganz besonders bevorzugt als ein schaltbares, insbesondere zweigängiges Planetengetriebe.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
WINDKRAFT ANWENUNGSFALL
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantriebsstrang in einer schematischen Blockschaltansicht,
2 eine elektrische Maschine in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
3 eine erste Ausführungsform einer Wälzlageranordnung in einer schematischen Axialschnittdarstellung,
4 eine zweite Ausführungsform einer Wälzlageranordnung in einer schematischen Axialschnittdarstellung.

Die Erfindung wird anhand eines Anwendungsbeispiels in einem elektrischen Achsantriebsstrangs 30 eines Kraftfahrzeugs 31 näher erläutert. Die 1 zeigt einen derartigen elektrischen Achsantriebsstrang 30 eines Kraftfahrzeugs 31 umfassend eine elektrische Maschine 20, die mit einer Getriebeanordnung 32 gekoppelt und mit dieser eine bauliche Einheit bildet.
Die elektrische Maschine 20 ist in der 2 gezeigt. Die elektrische Maschine 20 umfasst einen Stator 21 und einen dazu drehbar gelagerten Rotor 22 sowie einen Inverter 23 zur Bestromung der elektrischen Maschine 20. Der Rotor 22 ist mittels eine Wälzlageranordnung 1 gegenüber einer Struktur 24 gelagert.
Die Wälzlageranordnung wird anhand der in den 3-4 gezeigten Ausführungsformen nun näher erläutert.
Die Wälzlageranordnung 1 für den elektrisch betreibbaren Antriebsstrang 30 eines Kraftfahrzeugs 31, umfasst ein erstes Wälzlager 4, wobei das Wälzlager 4 einen Innenring 5 und einen Außenring 6 aufweist, zwischen denen Wälzkörper 7 aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn 8 des Innenrings 5 und einer Außenringlaufbahn 9 des ersten Außenrings 6 wälzen. Die Wälzlageranordnung 1 besitzt ferner ein induktives Element 11 als passive Filterkomponente für hochfrequente Ströme. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Wälzkörper 7 auch aus Keramik geformt sein können.
In den gezeigten Ausführungsformen ist das induktive Element 11 aus Ferrit gebildet und ringförmig ausgeformt. Dieses ringförmige induktive Element 11 liegt am Außenring 6 an. Das induktive Element 11 ist hierbei so konfiguriert, dass es für hochfrequente elektrische Ströme mit Frequenzen von größer als 10⁶ Hz eine Impedanz von größer als 10² Ω aufweist.
Auch ist in der Figur gezeigt, dass der Innenring 5 der Wälzlageranordnung 1 drehfest mit dem Rotor 22 verbunden ist und der Außenring 6 der Wälzlageranordnung 1 drehfest in einer gegenüber dem Rotor 22 drehfesten Struktur 24 angeordnet ist und das induktive Element 11 an dem Außenring 6 anliegt.
Bei der in der 3 gezeigten Ausführungsvariante ist ein induktives Element 11 an einer aus der elektrischen Maschine 20 herausweisenden Seite des Außenrings 6 positioniert.
In der Ausführungsform der 4 verfügen zwei ringförmige induktive Elemente 11 jeweils über wenigstens eine axial verlaufende Durchgangsöffnung 12, mittels derer ein Schmiermittel 13 das entsprechende induktive Element 11 in axialer Richtung durchströmen kann. Durch die Verwendung von zwei induktiven Elementen 11, die jeweils stirnseitig an dem Außenring 6 anliegen kann insbesondere auch eine Verringerung von hochfrequenten Zirkularströmen erreicht werden. Diese Verringerung der hochfrequenten Zirkularströme hat auch eine positive Auswirkung auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der elektrischen Maschine 20.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlageranordnung
4: Wälzlager
5: Innenring
6: Außenring
7: Wälzkörper
8: Innenringlaufbahn
9: Außenringlaufbahn
11: induktives Element
12: Durchgangsöffnung
13: Schmiermittel
20: elektrische Maschine
21: Stator
22: Rotor
23: Inverter
24: Struktur
30: Achsantriebsstrang
31: Kraftfahrzeug
32: Getriebeanordnung

Claims

Wälzlageranordnung (1), insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Antriebsstrang (30) eines Kraftfahrzeugs (31), umfassend ein erstes Wälzlager (4), wobei das Wälzlager (4) einen Innenring (5) und einen Außenring (6) aufweist, zwischen denen Wälzkörper (7) aufgenommen sind, welche auf einer Innenringlaufbahn (8) des Innenrings (5) und einer Außenringlaufbahn (9) des Außenrings (6) wälzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlageranordnung (1) ein induktives Element (11) als passive Filterkomponente für hochfrequente Ströme aufweist.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Element (11) aus Ferrit gebildet ist.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Element (11) ringförmig ausgeformt ist.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige induktive Element (11) am Innenring (5) oder am Außenring (6) anliegt.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige induktive Element (11) wenigstens eine axial verlaufende Durchgangsöffnung (12) aufweist, mittels derer insbesondere ein Schmiermittel (13) das induktive Element (11) in axialer Richtung durchströmen kann.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Element (11) so konfiguriert ist, dass es für hochfrequente elektrische Ströme mit Frequenzen von größer als 10⁶ Hz eine Impedanz von größer als 10² Ω aufweist.
Elektrische Maschine (20) umfassend einen Stator (21) und einen dazu drehbar gelagerten Rotor (22) sowie einen Inverter (23) zur Bestromung der elektrischen Maschine (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (22) mittels eine Wälzlageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1-6 gelagert ist.
Elektrische Maschine (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (5) der Wälzlageranordnung (1) drehfest mit dem Rotor (22) verbunden ist und der Außenring (6) der Wälzlageranordnung (1) drehfest in einer gegenüber dem Rotor (22) drehfesten Struktur (24) angeordnet ist und das induktive Element (11) an dem Außenring (6) anliegt.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das induktive Element (11) auf einer aus der elektrischen Maschine (20) herausweisenden Seite des Außenrings (6) positioniert ist.
Elektrischer Achsantriebsstrang (30) eines Kraftfahrzeugs (31) umfassend eine elektrische Maschine (20) nach einem der Ansprüche 7-9.