WO2021239807A1 - Antriebseinheit für ein elektrisch angetriebenes fahrzeug - Google Patents

Antriebseinheit für ein elektrisch angetriebenes fahrzeug Download PDF

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WO2021239807A1
WO2021239807A1 PCT/EP2021/064040 EP2021064040W WO2021239807A1 WO 2021239807 A1 WO2021239807 A1 WO 2021239807A1 EP 2021064040 W EP2021064040 W EP 2021064040W WO 2021239807 A1 WO2021239807 A1 WO 2021239807A1
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shaft
drive unit
rotor
inverter module
axially
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PCT/EP2021/064040
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Matthias WESA
Andreas Jung
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Definitions

  • the invention relates to a drive unit for an electrically powered vehicle according to the preamble of claim 1.
  • inverter-controlled electric vehicle drives various causes can cause an electrical potential difference between a drive shaft and an associated housing, in particular between a rotor shaft and a housing of the electrical machine, which is caused by a discontinuous flow of current or by discontinuous discharge processes via a bearing arrangement the drive shaft is dismantled.
  • the constant reduction in potential differences often leads to damage to the bearings, in particular to their rolling elements, and to deterioration and ultimately to premature wear of the bearing assemblies.
  • atypical noises and disturbing driving comfort can occur.
  • the potential-carrying drive shafts can act as an electromagnetic dipole and radiate high-frequency stray noise into the vehicle environment. This stray noise acts as an interfering signal and impairs the functionality of existing electronic vehicle equipment and can, for example, significantly impair radio reception on board the vehicle.
  • the generic DE 10 2008 039 577 B4 proposed as a countermeasure to provide a grounded connection with a low impedance between the transmission output shaft and the inverter module of the electric vehicle drive using such a potential equalization means that is designed to accommodate any voltage potential short-circuit between the transmission output shaft and the inverter module, the low-impedance connection not being lubricated by a transmission fluid.
  • US 2002/0121821 A1 also uses a seal or a socket that is in conductive contact with the motor shaft and with the motor housing for deriving undesired wave voltages of a motor or a generator suggested.
  • Still other devices with low impedance for reducing electrical potential differences between a rotating shaft and a housing surrounding it are for example from US 2004/0233592 A1, DE 27 17 593 A1, DE 35 11 755 A1, DE 9416334 U1, the JP 2004173335 A and JP 2000310296 A are known.
  • the invention has the object of further improving a generic drive unit for an electrically driven vehicle in a cost-effective manner and to eliminate or at least further reduce the aforementioned disadvantageous effects.
  • the invention thus proposes in a drive unit of the type mentioned at the outset to form the potential equalization means of low impedance provided between a shaft of the drive unit and an associated housing axially between two bearings spaced apart from one another along the shaft.
  • the ge-called shaft of the drive unit can be a rotor shaft or a gear shaft, which during operation of the electrical machine as a result of various influences with a electrical potential can be applied and can build up a potential difference to the respective associated Ge housing.
  • the invention is based on the knowledge that the potential difference occurring between the stator and rotor and the elements of the drive that are conductively connected to them is not constant axially along the rotor shaft or an operatively connected shaft, but rather varies in this direction.
  • the inventors have concluded from this that the effectiveness of the equipotential bonding means of low impedance is significantly influenced by their axial position on the electrically conductive shaft.
  • the impedance of the equipotential bonding means should in particular be lower than the impedance of a bearing carrying the shaft and also than the impedance of a transmission formed between two shafts by means of gears, which also represent possible current paths to reduce the potential difference.
  • the electric machine can preferably be designed as a brushless machine, in particular as a reluctance machine, asynchronous machine or permanent magnet synchronous machine.
  • the stator comprises a stator winding to which a voltage of variable frequency and amplitude can be applied by the inverter.
  • the rotor of the electrical machine usually comprises an electromagnetically active rotor component which is fixed on the rotor shaft and which, in cooperation with the stator, generates a torque of the electrical machine.
  • this active rotor component is in particular supported twice and is formed axially between the two bearings. Effective protection of the two bearings can be achieved if the equipotential bonding means are arranged axially within the extent of the active rotor component.
  • the bearings can be provided axially essentially at the level of the end faces of the active rotor component or be arranged on one or both end faces of these further away from the active rotor component.
  • the active rotor component can, depending on the functional principle of the electrical machine, for example, as is customary in the art, as a winding-free grooved laminated core, as a squirrel cage or as a permanently excited rotor or in another conventional design.
  • the effect of the equipotential bonding means can be optimized in that they are essentially formed centrally between the two bearings, especially when the impedance of the axially bilateral bearings is comparable.
  • the equipotential bonding means of low impedance can basically be implemented in various and already known ways, e.g. as a brush connector.
  • One of the rings on the rotor shaft or on the gear shaft and the other ring on an electrically conductive element can be arranged, which is fixed to the respective associated or adjacent th metallic and electrically conductive housing and is electrically connected to this.
  • the equipotential bonding means can furthermore be arranged radially inside the rotor shaft or the output shaft.
  • the Ro gate shaft or the output shaft can be designed as a hollow shaft, the conductive element being fixed axially at the end on the adjacent or associated housing and extending axially within the hollow shaft. In this way, the reduction of a potential difference that occurs can be implemented in a structurally simple manner and at the same time in a space-neutral manner.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electric vehicle with a drive unit
  • FIG. 2 is a schematic illustration of an electrical machine of the drive unit from FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows an electric vehicle 10 with a drive unit 12, which here comprises an electric machine 18 acting on a wheel drive shaft 14 and vehicle wheels 16.
  • the electrical machine 18 is brushless and designed as an asynchronous type and is supplied with electrical energy from an energy store 20 via an inverter module 22.
  • the electrical machine 18 comprises a rotor 26 fixed on a rotor shaft 24 and a stator 28 with a polyphase stator winding 30 which is connected to the inverter module 22 and the energy store 20 by means of power supply cables 32.
  • a gear arrangement 34 with gear shafts 36 and gears 38 is also provided, whereby the power output by the rotor 26 can be adapted to a desired speed and a required drive torque to a given vehicle drive requirement.
  • the electrical machine 18, the inverter module 22 and the gear assembly 34 each have electrically conductive housing, i.e. a machine housing 18a, an inverter module housing 22a and a gear housing 34a made of a metallic material such as aluminum or a cast iron material, are electrically connected to one another and Grounded jointly on the vehicle via an electrical line connecting these in the form of a grounding or grounding line 40 or via the electrically conductive vehicle chassis. This means that the components mentioned are at the same electrical potential.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the electrical machine 18, with between the rotor shaft 24 on the one hand and the machine housing 18a a potential equalizing means 42 low impedance is provided to a short circuit current when a potential difference occurs between the rotor shaft 24 and the machine housing 18a generate, which reduces the existing potential difference. Due to the presence of the low-impedance equipotential bonding means 42, the size of the possible potential difference can be limited and this can be reduced immediately and continuously, that is to say essentially continuously. The current flow can thus be targeted over the equipotential bonding means 42 and the ground line 40 to the source of the potential difference, so in particular the inverter module 22 and the electrical Ma machine 18 are returned.
  • the rotor 26 comprises an electromagnetically active rotor component 26a arranged on the rotor shaft 24 in the form of a laminated core 26b with a cage winding 26c and that the rotor shaft 24 is made up of two axially spaced bearings 50a by means of a bearing arrangement 50 , b, in particular roller bearings, is rotatably mounted in the machine housing 18a.
  • the active component 26a is formed axially between the two bearings 50a, b.
  • the equipotential bonding means 42 are arranged axially between the two La like 50a, b and in the present case also axially within the extent of the active rotor component.
  • the equipotential bonding means 42 are essentially arranged centrally between the two bearings 50a, b.
  • This at least essentially symmetrical arrangement here has the effect that any potential difference that occurs can for the most part be reduced via the potential equalization means 42.
  • a potential difference can also occur at the bearings 50a, b axially spaced from this on both sides, but a current flow through each of these bearings is significantly less pronounced and therefore less harmful for each of these bearings 50a, b.
  • the equipotential bonding means 42 are formed radially within the rotor shaft 24 as a slip or slip ring arrangement 60 with two rings 62, 64 that are mutually in slip or slip contact with one another.
  • the ring 64 is pushed inside the rotor shaft 24, which is a metallic hollow shaft, and is arranged on it in an electrically conductive manner.
  • the other ring 62 is arranged radially inside the ring 64 and fixed on a rod-shaped and electrically conductive element 66 which is axially attached to the end of the machine housing 18a and which extends axially inside the hollow shaft 24.
  • the rings 62, 64 are in sliding contact with one another with their surface areas facing one another, so that a good flow of current through their mutual interface is possible as a result.
  • the ring 64 rotates with it the rotor shaft 24 and the ring 62 is fixed in contrast.
  • the rings 62, 64 are made of a material with good electrical conductivity, for example made of a copper material.
  • the rings 62, 64 can have a wear-reducing coating.
  • the provided Potentialaus GmbHsmit tel 42 can, if necessary, be lubricated by a conductive fluid while maintaining the required low impedance.
  • the low-impedance equipotential bonding means 42 can also be designed without the presence of a lubricant, that is to say run dry.
  • the aforementioned conductive element 66 can be designed as a cooling lance of a cooling arrangement of the rotor 26, as is shown and described, for example, in principle in German patent application 102018218813.
  • Reference symbol electric vehicle drive unit wheel drive shaft vehicle wheel electrical machine a machine housing energy storage inverter module a inverter module housing rotor shaft rotor a active rotor component b laminated core c cage winding stator stator winding power supply cable gear arrangement a gear housing gear shaft toothed wheel ground line equipotential bonding means bearing arrangement a, b bearing sliding ring arrangement sliding ring sliding ring

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Abstract

Es wird eine Antriebseinheit (12) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (10) beschrieben, welche ein Wechselrichtermodul (22), eine elektrische Maschine (18) und einen von dem Wechselrichtermodul (22) ansteuerbaren Stator (28) umfasst. Der Rotor (26) der elektrischen Maschine (18) steht mit zumindest einer Welle (24) der Antriebseinheit (12), welche mittels einer Lageranordnung (50) drehbar in einem jeweils zugehörigen Gehäuse (18a) gelagert ist, in Drehmitnahme. Das Gehäuse (18a) und das Wechselrichtermodul (22) sind geerdet. Weiter weist die Antriebseinheit (12) eine geerdete elektrische Verbindung mit niedriger Impedanz zwischen der Welle (24) und dem Wechselrichtermodul (22) auf, um bei Auftreten einer Potentialdifferenz zwischen der Welle (24) und dem Wechselrichtermodul (22) einen Kurzschluss zu erzeugen, wobei zwischen der Welle (24) und dem zugehörigen Gehäuse (18a) Potentialausgleichsmittel (42) niedriger Impedanz vorgesehen sind. Es ist dabei vorgesehen, dass die Welle (24) als eine Rotorwelle (24) oder als eine Getriebewelle (36) ausgebildet ist, wobei die Lageranordnung (50) zwei axial voneinander beabstandete Lager (50a, 50b) aufweist und wobei die Potentialausgleichsmittel (42) axial zwischen den beiden Lagern (50a, 50b) ausgebildet sind.

Description

Antriebseinheit für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Bei wechselrichtergesteuerten elektrischen Fahrzeugantrieben kann durch verschie dene Ursachen zwischen einer Antriebswelle und einem zugehörigen Gehäuse, ins besondere auch zwischen einer Rotorwelle und einem Gehäuse der elektrischen Ma schine eine elektrische Potentialdifferenz entstehen, welche durch einen diskontinu ierlichen Stromfluss bzw. über diskontinuierliche Entladungsvorgänge über eine La geranordnung der Antriebswelle abgebaut wird. Der ständige Abbau der Potentialdif ferenzen führt einerseits oft zu einer Beschädigung der Lager, insbesondere von deren Wälzkörpern und zu einer Verschlechterung und schließlich zu einem vorzeitigen Ver schleiß der Lageranordnungen. Als Begleiterscheinung können auch untypische und den Fahrkomfort störende Geräusche auftreten. Des Weiteren können die potential tragenden Antriebswellen als ein elektromagnetischer Dipol wirken und ein Hochfre quenz-Streurauschen in die Fahrzeugumgebung abstrahlen. Dieses Streurauschen wirkt sich als Störsignal aus und beeinträchtigt die Funktionalität einer vorhandenen elektronischen Fahrzeugausrüstung und kann beispielsweise den Rundfunkempfang an Bord des Fahrzeugs erheblich verschlechtern.
Vor diesem Hintergrund wird in der gattungsbildenden DE 10 2008 039 577 B4 als Ge genmaßnahme vorgeschlagen, zwischen der Getriebeabtriebswelle und dem Wech selrichtermodul des elektrischen Fahrzeugantriebs eine geerdete Verbindung mit nied riger Impedanz unter Verwendung eines solchen Potentialausgleichsmittels vorzuse hen, die ausgestaltet ist, um jegliches Spannungspotential zwischen der Getriebeab triebswelle und dem Wechselrichtermodul kurzzuschließen, wobei die Verbindung mit niedriger Impedanz nicht durch ein Getriebefluid geschmiert ist.
Weiter wird mit der US 2002/0121821 A1 zur Ableitung von unerwünschten Wellen spannungen eines Motors oder eines Generators eine mit der Motorwelle und mit dem Motorgehäuse leitend in Kontakt befindliche Dichtung oder eine Buchse vorgeschlagen. Noch weitere Vorrichtungen mit niedriger Impedanz zum Abbau von elektrischen Potentialdifferenzen zwischen einer drehenden Welle und einem diese umgebenden Gehäuse sind beispielsweise aus der US 2004/0233592 A1 , der DE 27 17 593 A1 , der DE 35 11 755 A1 , der DE 9416334 U1 , der JP 2004173335 A und der JP 2000310296 A bekannt.
Es hat sich bei Anwendung einer der vorgenannten Lösungen herausgestellt, dass ein zu der potentialführenden Antriebswelle räumlich benachbartes Lager gut gegen über solchen Wellenspannungen geschützt werden kann. Als nachteilig wird jedoch empfunden, dass bei einer üblichen Lageranordnung einer Antriebswelle mit zumin dest zwei axial voneinander beabstandeten Lagern dennoch im begrenzten Umfang Lagerschäden und ein störendes Hochfrequenz-Streurauschen weiter auftreten kön nen. Eine axial beidseitige Ausbildung von solchen niedrigimpedanten Potentialaus gleichsmitteln wäre zwar praktisch möglich, führt jedoch zu einem erhöhten Ferti- gungs-, Montage und Kostenaufwand und wird daher als Abhilfe nicht bevorzugt.
Davon ausgehend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine gattungsgemäße An triebseinheit für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug kostengünstig weiter zu ver bessern und die eingangs genannten nachteiligen Effekte zu beseitigen oder zumin dest weiter zu reduzieren.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird mit einer Antriebseinheit mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren entnehmbar.
Im Kern schlägt die Erfindung somit bei einer Antriebseinheit der eingangs genannten Art vor, die zwischen einer Welle der Antriebseinheit und einem zugehörigen Gehäuse vorgesehenen Potentialausgleichsmittel niedriger Impedanz axial zwischen zwei ent lang der Welle voneinander beabstandeten Lagern auszubilden. Dabei kann die ge nannte Welle der Antriebseinheit eine Rotorwelle oder eine Getriebewelle sein, welche beim Betrieb der elektrischen Maschine infolge verschiedener Einflüsse mit einem elektrischen Potential beaufschlagt werden kann und zu dem jeweils zugehörigen Ge häuse eine Potentialdifferenz aufbauen kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die zwischen Stator und Rotor und den mit diesen leitfähig verbundenen Elementen des Antriebs auftretende Potentialdif ferenz axial entlang der Rotorwelle bzw. einer damit wirkverbundenen Welle nicht kon stant ist, sondern vielmehr in dieser Richtung variiert. Daraus haben die Erfinder ge- schlussfolgert, dass die Wirksamkeit der Potentialausgleichsmittel niedriger Impedanz maßgeblich von deren axialen Position an der elektrisch leitenden Welle beeinflusst wird. Die Impedanz der Potentialausgleichsmittel soll insbesondere niedriger sein als die Impedanz eines die Welle tragenden Lagers und auch als die Impedanz eines zwi schen zwei Wellen mittels Zahnrädern ausgebildeten Getriebes, welche gleichfalls mögliche Strompfade zum Abbau der Potentialdifferenz darstellen.
Bei der vorgeschlagenen Antriebseinheit für ein reines Elektrofahrzeug oder ein Hyb ridfahrzeug kann die elektrische Maschine bevorzugt als eine bürstenlose Maschine, insbesondere als eine Reluktanzmaschine, Asynchronmaschine oder permanenter regte Synchronmaschine ausgeführt sein. Dabei umfasst der Stator eine Statorwick lung, welche durch den Wechselrichter mit einer Spannung mit variabler Frequenz und Amplitude beaufschlagbar ist.
Der Rotor der elektrischen Maschine umfasst üblicherweise eine an der Rotorwelle festgelegte elektromagnetisch aktive Rotorkomponente, welche im Zusammenwirken mit dem Stator ein Drehmoment der elektrischen Maschine erzeugt. Diese aktive Ro torkomponente ist vorliegend insbesondere zweifach gelagert und axial zwischen den beiden Lagern ausgebildet. Ein wirksamer Schutz der beiden Lager kann erzielt wer den, wenn die Potentialausgleichsmittel axial innerhalb der Erstreckung der aktiven Rotorkomponente angeordnet sind. Die Lager können axial im Wesentlichen auf der Höhe der Stirnseiten der aktiven Rotorkomponente vorgesehen sein oder an einer o- der an beiden Stirnseiten von diesen weiter entfernt von der aktiven Rotorkomponente angeordnet sein. Die aktive Rotorkomponente kann je nach Funktionsprinzip der elektrischen Maschine beispielsweise, wie das fachüblich ist, als ein wicklungsloses genutetes Blechpaket, als ein Käfigläufer oder als ein permanenterregter Rotor oder in einer anderen üblichen Bauweise vorliegen.
Die Wirkung der Potentialausgleichsmittel kann optimiert werden, indem diese im We sentlichen mittig zwischen den beiden Lagern ausgebildet sind, insbesondere bei ver gleichbarer Impedanz der axial beidseitig befindlichen Lager.
Die Potentialausgleichsmittel niedriger Impedanz können grundsätzlich in vielfältiger und bereits bekannter Art und Weise realisiert werden, z.B. als Bürstenverbinder. Ge mäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen werden, die Potentialaus gleichsmittel als eine Gleit- oder Schleifringanordnung mit zwei gegenseitig miteinan der im Kontakt befindlichen Ringen auszubilden. Dabei kann einer der Ringe an der Rotorwelle oder an der Getriebewelle und der andere Ring an einem elektrisch leiten den Element angeordnet sein, welches an dem jeweils zugehörigen bzw. benachbar ten metallischen und elektrisch leitfähigen Gehäuse festgelegt und mit diesem elektrisch verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der können weiter die Potentialausgleichsmittel radial innerhalb der Rotorwelle oder der Abtriebswelle angeordnet sein. Dabei kann die Ro torwelle oder die Abtriebswelle als eine Hohlwelle ausgeführt sein, wobei das leitende Element axial endseitig an dem benachbarten oder zugehörigen Gehäuse festgelegt ist und sich axial innerhalb der Hohlwelle erstreckt. Auf diese Weise kann der Abbau eines auftretenden Potentialunterschieds konstruktiv einfach und zugleich bauraum neutral realisiert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausfüh- rungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einer Antriebseinheit; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Elektrischen Maschine der Antriebsein heit von Fig. 1 .
Fig. 1 zeigt schematisch ein Elektrofahrzeug 10 mit einer Antriebseinheit 12, welche hier eine auf eine Radantriebswelle 14 und Fahrzeugräder 16 wirkende elektrische Maschine 18 umfasst. Die elektrische Maschine 18 ist bürstenlos und in Asynchron bauart ausgebildet und wird von einem Energiespeicher 20 über ein Wechselrichter modul 22 mit elektrischer Energie versorgt. Die elektrische Maschine 18 umfasst einen auf einer Rotorwelle 24 festgelegten Rotor 26 und einen Stator 28 mit einer mehrpha sigen Statorwicklung 30, welche mittels Stromversorgungskabeln 32 mit dem Wech selrichtermodul 22 und dem Energiespeicher 20 verbunden ist. Zwischen dem Ro tor 26 und der Radantriebswelle 14 ist weiter eine Getriebeanordnung 34 mit Getrie bewellen 36 und Zahnrädern 38 vorgesehen, wodurch die vom Rotor 26 abgegebene Leistung in eine gewünschte Drehzahl und ein gefordertes Antriebsmoment an eine vorliegende Fahrzeugantriebsanforderung angepasst werden kann. Die elektrische Maschine 18, das Wechselrichtermodul 22 und die Getriebeanordnung 34 weisen je weils elektrisch leitfähige Gehäuse, also ein Maschinengehäuse 18a, ein Wechsel richtermodulgehäuse 22a und ein Getriebegehäuse 34a aus einem metallischen Werkstoff, wie Aluminium oder einem Eisengusswerkstoff auf, sind elektrisch mitei nander verbunden und über eine diese verbindende elektrische Leitung in Form einer Erdungs- bzw. einer Masseleitung 40 oder über das elektrisch leitende Fahrzeugchas sis am dem Fahrzeug gemeinsam geerdert. Das heißt, die genannten Komponenten befinden sich auf demselben elektrischen Potential.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Maschine 18, wobei zwi schen der Rotorwelle 24 einerseits und dem Maschinengehäuse 18a ein Potentialaus gleichsmittel 42 niedriger Impedanz vorgesehen ist, um bei Auftreten einer Potential differenz zwischen der Rotorwelle 24 und dem Maschinengehäuse 18a einen Kurz schlussstrom zu erzeugen, welcher die bestehende Potentialdifferenz abbaut. Durch die Präsenz der niedrigimpedanten Potentialausgleichsmittel 42 kann die Größe der möglichen Potentialdifferenz begrenzt und diese unmittelbar und andauernd, also im Wesentlichen kontinuierlich abgebaut werden. Der Stromfluss kann somit gezielt über die Potentialausgleichsmittel 42 und die Masseleitung 40 zur Quelle der Potentialdif ferenz, also insbesondere dem Wechselrichtermodul 22 und auch der elektrischen Ma schine 18 zurückgeführt werden.
In der Fig. 2 ist erkennbar, dass der Rotor 26 eine an der Rotorwelle 24 angeordnete elektromagnetisch aktive Rotorkomponente 26a in Form eines Blechpakets 26b mit ei ner Käfigwicklung 26c umfasst und dass die Rotorwelle 24 mittels einer Lageranord nung 50 aus zwei axial voneinander beabstandeten Lagern 50a, b, insbesondere Wälzlagern drehbar in dem Maschinengehäuse 18a gelagert ist. Dabei ist die aktive Komponente 26a axial zwischen den beiden Lagern 50a, b ausgebildet. Wie weiter erkennbar, sind die Potentialausgleichsmittel 42 axial zwischen den beiden La gern 50a, b und vorliegend auch axial innerhalb der Erstreckung der aktiven Rotor komponente angeordnet. Insbesondere sind die Potentialausgleichsmittel 42 im We sentlichen mittig zwischen den beiden Lagern 50a, b angeordnet. Diese hier zumindest im Wesentlichen symmetrische Anordnung bewirkt, dass eine auftretende Potentialdif ferenz zum überwiegenden Teil über das Potentialausgleichsmittel 42 abgebaut wer den kann. An den axial von diesem beidseitig beabstandeten Lagern 50a, b kann zwar gleichfalls ebenso eine Potentialdifferenz auftreten, jedoch ist ein durch jedes dieser Lager jeweils durchgehender Stromfluss deutlich weniger stark ausgeprägt und daher für jedes dieser Lager 50a, b weniger schädlich.
Im hier besprochenen Ausführungsbeispiel sind die Potentialausgleichsmittel 42 radial innerhalb der Rotorwelle 24 als eine Schleif- bzw. Gleitringanordnung 60 mit zwei ge genseitig miteinander im Schleif- bzw. Gleitkontakt befindlichen Ringen 62, 64 ausge bildet. Der Ring 64 ist dazu innerhalb der als eine metallische Hohlwelle vorliegenden Rotorwelle 24 eingeschoben und an dieser elektrisch leitend angeordnet. Der andere Ring 62 ist radial innerhalb des Rings 64 angeordnet und an einem stabförmig ausge bildeten und elektrisch leitenden Element 66 festgelegt, welches axial endseitig an dem Maschinengehäuse 18a befestigt ist und welches sich axial innerhalb der Hohl welle 24 erstreckt. Die Ringe 62, 64 befinden sich mit deren zueinander gerichteten Oberflächenbereichen gegenseitig im Gleitkontakt, so dass dadurch ein guter Strom durchgang durch deren gegenseitige Grenzfläche möglich ist. Der Ring 64 dreht mit der Rotorwelle 24 und der Ring 62 ist demgegenüber feststehend. Die Ringe 62, 64 sind aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, zum Beispiel aus einem Kupferwerk stoff ausgebildet. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit infolge der gegenseitigen Ro tation können die Ringe 62, 64 eine verschleißmindernde Beschichtung aufweisen. Über die erläuterte Anordnung kann sich bei Auftreten einer Potentialdifferenz ein Kurzschlussstrom von der Rotorwelle 24 über die Schleif- oder Gleitringanordnung 60, das Element 66, das Maschinengehäuse 18a und die Masseleitung 40 und schließlich zum Wechselrichtermodul 22 ausbreiten. Die vorgesehenen Potentialausgleichsmit tel 42 können bedarfsweise unter Beibehaltung der erforderlichen niedrigen Impedanz durch ein leitfähiges Fluid geschmiert sein. Grundsätzlich können die niedrigimpedan- ten Potentialausgleichsmittel 42 auch ohne das Vorhandensein eines Schmiermittels, das heißt trockenlaufend ausgebildet sein. Das zuvor genannte leitende Element 66 kann als eine Kühllanze einer Kühlanordnung des Rotors 26 ausgebildet sein, wie das z.B. grundsätzlich in der deutschen Patentanmeldung 102018218813 dargestellt und beschrieben ist.
Bezugszeichen Elektrofahrzeug Antriebseinheit Radantriebswelle Fahrzeugrad elektrische Maschine a Maschinengehäuse Energiespeicher Wechselrichtermodul a Wechselrichtermodulgehäuse Rotorwelle Rotor a aktive Rotorkomponente b Blechpaket c Käfigwicklung Stator Statorwicklung Stromversorgungskabel Getriebeanordnung a Getriebegehäuse Getriebewelle Zahnrad Masseleitung Potentialausgleichsmittel Lageranordnung a, b Lager Schleif-, Gleitringanordnung Gleitring Gleitring feststehendes Element

Claims

Patentansprüche
1. Antriebseinheit (12) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug (10) umfassend
- ein Wechselrichtermodul (22),
- eine elektrische Maschine (18) mit einem Rotor (26) und mit einem von dem Wechselrichtermodul (22) ansteuerbaren Stator (28),
- wobei der Rotor (26) mit zumindest einer Welle (24) der Antriebseinheit (12) in Drehmitnahme steht und wobei
- die Welle (24) mittels einer Lageranordnung (50) drehbar in einem jeweils zu gehörigen Gehäuse (18a) gelagert ist und wobei
- das Gehäuse (18a) und das Wechselrichtermodul (22) geerdet sind und wobei
- die Antriebseinheit (12) eine geerdete elektrische Verbindung mit niedriger Im pedanz zwischen der vorgenannten Welle (24) der Antriebseinheit (12) und dem Wechselrichtermodul (22) aufweist, um bei Auftreten einer Potentialdiffe renz zwischen der Welle (24) und dem Wechselrichtermodul (22) einen Kurz schluss zu erzeugen, wobei
- zwischen der Welle (24) einerseits und dem zugehörigen Gehäuse (18a) Po tentialausgleichsmittel (42) niedriger Impedanz vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Welle (24) als eine Rotorwelle (24) oder als eine Getriebewelle (36) ausge bildet ist, wobei
- die Lageranordnung (50) zwei axial voneinander beabstandete Lager (50a, 50b) aufweist und wobei
- die Potentialausgleichsmittel (42) axial zwischen den beiden Lagern (50a,
50b) ausgebildet sind.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (26) eine an der Rotorwelle (24) festgelegte elektromagnetisch aktive Rotorkompo nente (26a) umfasst, welche axial zwischen den beiden Lagern (50a, 50b) ausgebil det ist und wobei die Potentialausgleichsmittel (42) axial innerhalb der Erstreckung der aktiven Rotorkomponente (26a) angeordnet sind.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialaus gleichsmittel (42) im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Lagern (50a, 50b) ausgebildet sind.
4. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialausgleichsmittel (42) als eine Gleit- oder Schleifringanordnung (60) mit zwei gegenseitig miteinander im Kontakt befindlichen Ringen (62, 64) ausgebildet ist, wobei einer der Ringe (64) an der Rotorwelle (24) oder an der Getriebewelle (36) und der andere Ring an einem leitenden Element (66) angeordnet ist, welches an dem je weils zugehörigen Gehäuse (18a, 22a, 34a) festgelegt und mit diesem elektrisch ver bunden ist.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialaus gleichsmittel (42) radial innerhalb der Rotorwelle (24) oder der Getriebewelle (36) an geordnet sind, wobei die Rotorwelle (24) oder die Getriebewelle (36) als eine Hohl welle ausgeführt ist und wobei das leitende Element (66) axial endseitig an dem be nachbarten oder zugehörigen Gehäuse (18a) festgelegt ist und sich axial innerhalb der Hohlwelle erstreckt.
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