DE102020111930A1

DE102020111930A1 - Elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020111930A1
Application number: DE102020111930.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Moellmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-05-04
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2021-11-04

Abstract

Es soll eine zuverlässige und bauraumsparende Ableitvorrichtung 20 zur Ableitung von elektrischen Strömen in einem elektrischen Antrieb 3 einer elektrischen Antriebsanordnung 1 bereitgestellt werden. Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung 1 für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebabschnitt 2, der einen elektrischen Antrieb 3 mit einem Rotor 6 aufweist und der eine Welle 4 aufweist, welche mit dem Rotor 6 verbunden ist. Die elektrische Antriebsanordnung 1 umfasst ein Gehäuse 11, wobei die Welle 4 relativ zu dem Gehäuse 11 drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse 11 einen Gehäuseabschnitt 15 umfasst. Die elektrische Antriebsanordnung 1 umfasst eine elektrische Ableitvorrichtung 20 zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor 2 und/oder der Welle 4 zu dem Gehäuseabschnitt 15 und/oder in Gegenrichtung, wobei die Ableitvorrichtung 20 eine mit der Welle 4 mitdrehende Ableiteinrichtung 21 zur elektrischen Anbindung an die Welle 4 umfasst. Die Ableitvorrichtung 20 weist mindestens eine Anbindungseinrichtung 22, 23 zur elektrischen Verbindung der Ableiteinrichtung 21 mit dem Gehäuse 11 auf. Die Anbindungseinrichtung 21 ist zur Bildung einer kontaktierenden elektrischen Verbindung mit der Ableiteinrichtung 21 als ein mitdrehendes Kontaktelement ausgebildet. Alternativ kann die Anbindungseinrichtung 21 eine kontaktlose elektrische Verbindung zu der Ableiteinrichtung 21 herstellen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebabschnitt, wobei der elektrische Antriebabschnitt einen elektrischen Antrieb mit einem Rotor aufweist und wobei der elektrische Antriebsabschnitt eine Welle aufweist, welche mit dem Rotor verbunden ist und welche eine Hauptachse definiert. Die elektrische Antriebsanordnung umfasst optional einen Getriebeabschnitt, in welchem eine Getriebeeinrichtung angeordnet ist, wobei die Welle mit der Getriebeeinrichtung getriebetechnisch verbunden ist. Die elektrische Antriebsanordnung umfasst ein Gehäuse, wobei die Welle relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse einen Gehäuseabschnitt umfasst. Die elektrische Antriebsanordnung umfasst eine Ableitvorrichtung zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor und/oder der Welle zu dem Gehäuseabschnitt und/oder in Gegenrichtung, wobei die Ableitvorrichtung eine sich mit der Welle mitdrehende Ableiteinrichtung zur elektrischen Anbindung an die Welle und mindestens eine Anbindungseinrichtung zur elektrischen Verbindung der Ableiteinrichtung mit dem Gehäuse umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Bei Antriebsmodulen für Fahrzeuge werden elektrische Antriebe zur Erzeugung des Antriebsmoments eingesetzt. Durch sehr starke Spannungsflanken bei der Spannungsversorgung des elektrischen Antriebs werden unerwünschte elektrische Ströme in dem elektrischen Antrieb generiert. Dabei fließen die elektrischen Ströme über das Gehäuse, die Welle und auch über die Rotorlager, welche durch mechanischen Verschleiß und zusätzlich auch durch den Stromdurchgang geschädigt werden.
Die Ableitung von elektrischen Strömen über die Welle in das Gehäuse ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Hierzu werden manchmal scheibenförmige Bauteile eingesetzt, welche mit der Welle zu deren Erdung elektrisch verbunden sind und welche die elektrischen Ströme zu dem Gehäuse ableiten.
Beispielsweise beschreibt die Druckschrift US 5 804 903 A ein Erdungssystem für einen Elektromotor mit einer elektrisch leitenden Scheibe, mit einer Rotorwelle und mit einem Gehäuse. Die Scheibe sitzt auf der Rotorwelle und steht in leitenden Kontakt mit leitfähigen Büsten, die federnd in Zylindern angeordnet sind, welche an dem Gehäuse festgelegt sind.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug zu konzipieren, welche eine alternative, zuverlässige und bauraumsparende Lösung zur Wellenerdung und zur Ableitung von elektrischen Strömen in der Welle aufweist.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Unteransprüchen und/oder den beigefügten Figuren.
Es wird eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug vorgeschlagen. 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 weist einen elektrischen Antriebsabschnitt auf. In dem elektrischen Antriebsabschnitt ist ein elektrischer Antrieb, insbesondere ein Elektromotor, welcher auch als eine elektrische Maschine bezeichnet werden kann, angeordnet. Der Elektromotor ist vorzugsweise als ein mittels Frequenzumrichter gesteuerter Elektromotor ausgebildet, im Speziellen als ein Asynchronelektromotor. Der Elektromotor kann als ein nasslaufender Elektromotor oder als ein trockenlaufender Elektromotor ausgebildet sein.
Der elektrische Antrieb als der Elektromotor weist einen Rotor und optional ergänzend einen Stator auf. Vorzugsweise sind der Stator und der Rotor konzentrisch und/oder koaxial zueinander und/oder zu einer Hauptachse angeordnet.
Ferner weist der elektrische Antriebsabschnitt eine Welle auf, wobei die Welle mit dem Rotor, z.B. getriebetechnisch, verbunden ist. Insbesondere wird die Welle über und/oder durch den Rotor angetrieben. Die Welle definiert die Hauptachse H.
Besonders bevorzugt ist die Welle als eine Rotorwelle ausgebildet. Insbesondere in der Ausgestaltung als Rotorwelle kann diese mit dem Rotor drehfest, starr und/oder einstückig verbunden sein. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die Rotorwelle mit dem Rotor elektrisch verbunden ist. Dies führt dazu, dass bei einem Potenzialunterschied zwischen dem Rotor und einer Umgebungskonstruktion der gleiche Potentialunterschied zwischen der Rotorwelle und der Umgebungskonstruktion vorliegt.
Die elektrische Antriebsanordnung weist optional 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 Welle ist mit der Getriebeeinrichtung getriebetechnisch verbunden. Insbesondere bildet die Welle eine Eingangswelle in die Getriebeeinrichtung. Alternativ hierzu ist die Welle als eine Zwischenwelle oder Vorgelegewelle ausgebildet. Vorzugsweise erfolgt eine elektrische Verbindung zwischen dem Rotor und der Welle auch über Zahneingriffe in dem Getriebeabschnitt.
Die elektrische Antriebsanordnung umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseabschnitt. Die Welle ist relativ zu dem Gehäuse drehbar gelagert. Bevorzugt umfasst die elektrische Antriebsanordnung hierzu mehrere Lagereinrichtungen, insbesondere Wälzlager, in denen die Welle relativ zu dem Gehäuse rotierbar gelagert ist. Vorzugsweise umgibt das Gehäuse den elektrischen Antriebsabschnitt und/oder den Getriebeabschnitt zumindest teilweise, bevorzugt größtenteils oder vollständig. Insbesondere nimmt das Gehäuse den elektrischen Antrieb und die Getriebeeinrichtung zumindest teilweise in sich auf. Besonders bevorzugt ist, dass der Gehäuseabschnitt von dem elektrischen Antrieb abgewandt und/oder dem Getriebeabschnitt zugewandt ist. Optional ist eine der Lagereinrichtungen in dem Gehäuseabschnitt aufgenommen und/oder dem Getriebeabschnitt zugewandt. Eine andere Lagereinrichtung kann dort in dem Gehäuse aufgenommen sein, wo es dem elektrischen Antrieb zugewandt und von dem Getriebeabschnitt abgewandt ist.
Die elektrische Antriebsanordnung umfasst eine Ableitvorrichtung zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor und/oder der Welle zu dem Gehäuseabschnitt. Insbesondere ist die elektrische Antriebsanordnung dazu vorgesehen, elektrische Ströme von der Welle in das Gehäuse oder in Gegenrichtung abzuleiten und insbesondere die Welle zu erden.
Die Ableitvorrichtung umfasst eine Ableiteinrichtung, welche zur elektrischen Anbindung an die Welle ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Ableiteinrichtung auf der Welle angeordnet. Die Ableiteinrichtung dreht sich mit der Welle mit.
Die Ableitvorrichtung umfasst auch mindestens eine Anbindungseinrichtung, welche zur elektrischen Verbindung der Ableiteinrichtung mit dem Gehäuseabschnitt ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die mindestens eine Anbindungseinrichtung eine elektrisch leitende Eigenschaft auf und/oder sie ist aus einem elektrisch leitenden Material gebildet. Insbesondere ist die mindestens eine Anbindungseinrichtung elektrisch leitend an das Gehäuse angebunden, sodass die elektrische Ladung und/oder Spannung von der Welle über die Ableiteinrichtung und die mindestens eine Anbindungseinrichtung in das Gehäuse abgeleitet werden.
Die mindestens eine Anbindungseinrichtung ist dazu ausgebildet, eine elektrische Verbindung mit der Ableiteinrichtung kontaktierend herzustellen. Es ist vorgesehen, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung zur kontaktierenden Verbindung mit der Ableiteinrichtung ein an der Ableiteinrichtung ablaufendes, insbesondere abwälzendes, Kontaktelement ist.
Vorteilhaft ist, dass eine Kontaktfläche des mitdrehenden Kontaktelements zu der Ableiteinrichtung, insbesondere zu der Stirnseite oder der äußeren Umfangsfläche der Scheibe, geringgehalten ist und dadurch ein durch die Drehung der Ableiteinrichtung und des mitdrehenden Kontaktelements verursachter Verschleiß reduziert werden kann.
Alternativ ist die mindestens eine Anbindungseinrichtung dazu ausgebildet, die elektrische Verbindung mit der Ableiteinrichtung kontaktlos herzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ableiteinrichtung als eine Scheibe ausgebildet. Beispielsweise ist die Scheibe als ein Zahnrad ausgebildet. Vorzugsweise ist die Scheibe direkt oder indirekt elektrisch und mechanisch mit der Welle verbunden. Zum Beispiel sitzt die Scheibe drehfest auf der Welle, sodass sie mit dieser mitdrehen kann. Alternativ kann die Scheibe mit einem weiteren Bauteil verbunden sein, welches auf der Welle sitzt oder von dieser rotiert wird. Vorteilhaft ist, dass die Ableiteinrichtung als die Scheibe nur in sehr geringem Maße axial bezogen auf die Hauptachse aufbaut und somit bauraumsparend in der elektrischen Antriebsanordnung integriert ist. Insbesondere kann der axiale Bauraum durch die Ausbildung der Ableiteinrichtung als Scheibe geringgehalten werden, was besonders vorteilhaft ist, da der axiale Bauraum eine Länge des Getriebeabschnitts bestimmt.
Bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung in mindestens einer Anbindungsschnittstelle der Ableitvorrichtung an dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung so angeordnet ist, dass sie die elektrische Verbindung an einer Stirnseite der Scheibe herstellen kann. Vorzugsweise ist die Stirnseite der Scheibe dem Gehäuseabschnitt zugewandt. Optional ragt die zumindest eine Anbindungseinrichtung in axialer Richtung bezogen auf die Hauptachse zu der Stirnseite hin. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung so angeordnet ist, dass sie die elektrische Verbindung an einer äußeren Umfangsfläche der Scheibe herstellen kann. Vorzugsweise bildet die Umfangsfläche der Scheibe deren Außenumfang.
Vorteilhaft ist, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung die elektrische Verbindung flexibel und bedarfsgerecht mit der Ableiteinrichtung herstellen kann, insbesondere da die Ableiteinrichtung in der Ausbildung als die Scheibe entsprechende Anordnungsbereiche an der Stirnseite und/oder an der Umfangsfläche bereitstellt. Die Ableitung der elektrischen Ströme von der Welle zu dem Gehäuseabschnitt über die Ableiteinrichtung und die mindestens eine Anbindungseinrichtung kann dadurch in einen Bereich verlagert werden, der radial weiter außerhalb der Welle angeordnet ist. In diesem Bereich ist oftmals mehr Freiraum zur Ableitung der elektrischen Ströme, sodass die mindestens eine Anbindungsschnittstelle für die mindestens eine Anbindungseinrichtung an dem Gehäuseabschnitt vorgesehen sein kann. Vorteilhaft ist weiterhin, dass der weiter außerhalb der Welle angeordnete Bereich beabstandet von der Lagereinrichtung ist, welche in dem Gehäuseabschnitt aufgenommen ist und in welcher die Welle rotierbar gelagert ist. Durch die Ableitung der elektrischen Ströme in dem weiter von der Lagereinrichtung entfernten Bereich kann die Lagereinrichtung insbesondere vor einem Stromdurchfluss und somit vor erhöhtem Verschleiß geschützt werden.
Möglich ist es im Rahmen der Erfindung, dass die Ableiteinrichtung mehrere Anbindungseinrichtungen umfasst. Vorzugsweise sind die Anbindungseinrichtungen so an dem Gehäuseabschnitt angeordnet, dass sie die elektrische Verbindung entweder mit der Stirnseite herstellen können oder dass sie die elektrische Verbindung mit der äußeren Umfangsfläche der Scheibe herstellen können. Vorteilhaft ist, dass ein Abgriff der elektrischen Ströme durch die Anordnung mehrerer Anbindungseinrichtungen an mehreren Stellen erfolgen kann und somit eine bessere Wirkung erzielt werden kann.
Das ablaufende Kontaktelement ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als eine Kugel oder als eine Rolle ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Anbindungseinrichtung für den Fall, dass die elektrische Verbindung kontaktlos mit der Ableiteinrichtung hergestellt ist/wird, ein chemisches Element und/oder oder ein Medium, welches insbesondere zur Herstellung der kontaktlosen Verbindung ausgebildet ist. Hierbei kann es sich zum Beispiel um ein leitfähiges Gas, um eine leitfähige Flüssigkeit oder um leitfähige Partikel handeln.
In einer möglichen konstruktiven Umsetzung der Erfindung weist die Ableitvorrichtung die mindestens eine Anbindungsschnittstelle zur elektrischen Anbindung der mindestens einen Anbindungseinrichtung an den Gehäuseabschnitt auf. Vorzugsweise ist die mindestens eine Anbindungsschnittstelle radial beabstandet von der Welle und/oder von der Lagereinrichtung angeordnet. Bevorzugt ist die Anbindungsschnittstelle an den Gehäuseabschnitt elektrisch leitend angebunden. Zum Beispiel kann die Anbindungsschnittstelle stoffschlüssig oder form- und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuseabschnitt verbunden sein. Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der Erfindung, dass die Anbindungseinrichtung in der Anbindungsschnittstelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Anbindungseinrichtung in der Anbindungsschnittstelle gehalten. Die mindestens eine Anbindungsschnittstelle kann z.B. als ein Aufnahmezylinder ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Realisierung der Erfindung umfasst die Anbindungsschnittstelle eine Federeinrichtung. Bevorzugt ist die Federeinrichtung in der Anbindungsschnittstelle als Aufnahmezylinder aufgenommen. Vorzugsweise ist die Anbindungseinrichtung in der Ausbildung als das ablaufende Kontaktelement auf der Federeinrichtung federnd gelagert. Insbesondere ist das Kontaktelement durch die Federeinrichtung gegen die Ableiteinrichtung gedrückt. Die Federeinrichtung kann in vorteilhafter Weise einen sicheren Kontakt zwischen der Ableiteinrichtung und der Anbindungseinrichtung gewährleisten. Bevorzugt weist die Federeinrichtung eine elektrisch leitende Eigenschaft auf. Somit können die elektrischen Ströme sicher von der Welle über die Ableiteinrichtung und die Anbindungseinrichtung in den Gehäuseabschnitt abgeleitet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die z.B. als Scheibe ausgebildete Ableiteinrichtung teilweise oder vollständig aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, insbesondere um die elektrische Anbindung an die Welle zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Ableiteinrichtung zumindest teilweise, bevorzugt vollständig aus einer Metalllegierung, z.B. aus Stahl oder Aluminium, gebildet sein.
Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die Ableiteinrichtung aus einem nicht elektrisch leitenden Material gebildet ist. Insbesondere weist die Ableitung ein nicht elektrisch leitendes Grundmaterial auf. Um die elektrische Anbindung an die Welle zu gewährleisten, ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Ableiteinrichtung, insbesondere das elektrisch nichtleitende Grundmaterial, teilweise oder vollständig mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen ist. Optional ist es auch möglich, dass in die Ableiteinrichtung, insbesondere in das Grundmaterial, Leiterbahnen eingebracht oder aufgebracht sind, welche die Ableiteinrichtung elektrisch an die Welle anbinden.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Antriebsanordnung mit einem Antriebsabschnitt und mit einem Getriebeabschnitt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen schematischen axialen Längsschnitt durch den Antriebsabschnitt, wobei die elektrische Antriebsanordnung eine Ableitvorrichtung umfasst;
3a-f die Ableitvorrichtung in unterschiedlichen Ausgestaltungen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Einander entsprechende oder gleiche Komponenten sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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), als ein Motorrad mit elektrischem Antrieb oder als ein E-Scooter ausgebildet sein.
Die elektrische Antriebsanordnung 1 dient zur Erzeugung und/oder Bereitstellung eines Traktionsmoments, insbesondere eines Haupttraktionsmoments, für das Fahrzeug. Hierzu weist die Antriebsanordnung 1 einen elektrischen Antriebabschnitt 2 auf, welcher einen elektrischen Antrieb 3 zur Erzeugung des Traktionsmoments und eine Rotorwelle 4 zur Übertragung des Traktionsmoments aufweist. Der elektrische Antrieb 3 kann mit einer Energieeinrichtung, z.B. mit einer Batterie oder einem Akku, elektrisch verbunden sein, um Energie zur Erzeugung des Traktionsmoments zu erhalten. Der elektrische Antrieb 3 kann beispielsweise als ein Gleichstrom-, Synchron- oder Asynchronmotor ausgebildet sein.
Der elektrischer Antrieb 3 weist einen Stator 5 und einen Rotor 6 auf. Der Rotor 6 ist mit der Rotorwelle 4 drehfest verbunden. 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. Insbesondere ist der elektrische Antrieb 3 als ein Innenläufer ausgebildet.
Ferner weist die elektrische Antriebsanordnung 1 einen Getriebeabschnitt 7 auf, welcher zur Übertragung und/oder Übersetzung und/oder Verteilung des Traktionsmoments des elektrischen Antriebs 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 reibschlüssige Kupplung, und/oder eine Schalteinrichtung, z.B. einen elektrisch und/oder hydraulisch betätigbaren Schaltzylinder, und/oder eine Übersetzungseinrichtung, z.B. ein Planeten- und/oder Stufenradgetriebe, umfassen kann. Der elektrische Antriebabschnitt 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 elektrischen Antriebabschnitts 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 elektrischen Antriebsabschnitt 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 elektrischen Antriebabschnitt 2 und dem Getriebeabschnitt 7 bildet. Der Motorraum kann alternativ als ein Nassraum ausgebildet sein, insbesondere als ein gemeinsamer Raum mit dem Getrieberaum. Insbesondere kann der elektrische Antrieb 3 als ein nasslaufender elektrischer Antrieb ausgebildet sein.
Der elektrische Antrieb 3 bzw. die elektrische Antriebsanordnung 1 weist ein Gehäuse 11 auf, wobei der Stator 5 und der Rotor 6 in dem Gehäuse 11 angeordnet sind. Optional ergänzend ist die Getriebeeinrichtung 8 bzw. der Getriebeabschnitt 7 ebenfalls in dem Gehäuse 11 angeordnet. Das Gehäuse 11 ist auf einer getriebeabgewandten Seite mit einem Gehäuseteil 12 abgeschlossen, so dass der Gehäuseteil 12 einen Gehäuseinnenraum des Gehäuses 11 begrenzt. Auf der getriebezugewandten Seite weist das Gehäuse 11 einen Gehäuseabschnitt 15 auf.
Zur drehbaren Lagerung der Rotorwelle 4 weist die elektrische Antriebsanordnung 1 eine Lagereinrichtung 13 und eine weitere Lagereinrichtung 14 auf, wobei die Rotorwelle 4 über die Lagereinrichtungen 13, 14 in radialer Richtung abgestützt ist. Die Lagereinrichtungen 13, 14 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als ein Kugellager, insbesondere als ein Rillenkugellager ausgebildet. Jede der Lagereinrichtungen 13, 14 weist einen mit der Rotorwelle 4 rotierenden Innenring 18 und einen stationären Außenring 19 auf.
Die Rotorwelle 4 weist einen Rotorwellenabschnitt 17 auf, der zu dem Getriebeabschnitt 7 gewandt ist. Der Rotorwellenabschnitt 17 ist der Lagereinrichtung 13 gelagert. Die Lagereinrichtung 13 ist in dem Gehäuseabschnitt 15 des Gehäuses 11 bewegungsfest aufgenommen.
Die weitere Lagereinrichtung 14 ist in dem Gehäuseabschnitt 12 als ein Loslager axial beweglich aufgenommen. Durch die axiale Bewegung der Lagereinrichtung 13 kann eine mögliche thermische Längenausdehnung der Welle 4 ausgeglichen werden.
In einem Motorbetrieb des elektrischen Antriebs 3 können elektrische Ströme durch Potenzialunterschiede verursacht werden, welche durch den Rotor 6, die Rotorwelle 11 und das Gehäuse 11 strömen. Die elektrischen Ströme können bei einem Durchfluss zu einem erhöhten Verschleiß der Lagereinrichtungen 13, 14 oder zu deren Ausfall führen. Um dies zu verhindern, umfasst die elektrische Antriebsanordnung 1 eine Ableitvorrichtung 20 (2, 3a, 3b) zur Ableitung der elektrischen Ströme in den Gehäuseabschnitt 15 durch Erdung der Rotorwelle 4. Durch die Ableitvorrichtung 20 können Kosten für eine Reparatur der elektrischen Antriebsanordnung 1 und insbesondere für den Ersatz der Lagereinrichtungen 13, 14 eingespart werden.
Die 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen dem Getriebeabschnitt 7 zugewandten Bereich des elektrischen Antriebsabschnitts 2 entlang der Hauptachse H. In dem Bereich des elektrischen Antriebsabschnitts 2 ist die Ableitvorrichtung 20 angeordnet. Die Ableitvorrichtung 20 umfasst eine Ableiteinrichtung 21 und mindestens eine Anbindungseinrichtung, insbesondere eine erste und zweite Anbindungseinrichtung 22, 23. Die Ableiteinrichtung 21 ist auf dem Rotorwellenabschnitt 17 antriebsseitig beabstandet zu der Lagereinrichtung 13 positioniert.
Die Ableiteinrichtung 21 ist als eine Scheibe 27 mit einer Stirnseite 28 und mit einer äußeren Umfangsfläche 29 ausgebildet. In der Einbausituation gemäß der 2 zeigt die Stirnseite 28 zu der Lagereinrichtung 13. Vorteilhaft an der Ausbildung der Ableiteinrichtung 21 als Scheibe 27 ist, dass diese in der axialen Richtung bezogen auf die Hauptachse H nur in geringem Maße aufbaut und eine Länge des Getriebeabschnitts 7 somit nicht oder nur unwesentlich vergrößert werden muss. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Scheibe 27 als ein Zahnrad ausgebildet sein.
Die mindestens eine Anbindungseinrichtung 22, 23 verbindet die Ableiteinrichtung 21 elektrisch mit dem Gehäuseabschnitt 15, um die elektrischen Ströme von dem Rotorwellenabschnitt 17 auf den Gehäuseabschnitt 15 abzuleiten und um die Rotorwelle 4 in dem Gehäuse 11 zu erden.
Der Gehäuseabschnitt 15 umgibt den Rotor 6 und den Stator 5 und schließt benachbart zu diesen einen Freiraum 39 ein. Der Gehäuseabschnitt 15 umfasst einen Lageraufnahmebereich 24. Die Lagereinrichtung 13 ist in dem Lageraufnahmebereich 24 aufgenommen und der Rotorwellenabschnitt 17 ist in der Lagereinrichtung 13 rotierbar gelagert. Der Gehäuseabschnitt 15 umfasst mindestens einen Anbindungsbereich 25, 26, insbesondere einen ersten und zweiten Anbindungsbereich 25, 26. Der mindestens eine Anbindungsbereich 25, 26 ist in dem Freiraum 39, insbesondere radial beabstandet zu dem Rotorwellenabschnitt 17, angeordnet.
Die Ableitvorrichtung 20 umfasst mindestens eine Anbindungsschnittstelle 36, 37, insbesondere eine erste und zweite Anbindungsschnittstelle 36, 37. Die Anbindungsschnittstelle 36,37 ist an dem Anbindungsbereich 25, 26 angeordnet und/oder von diesem gehalten. Die Anbindungsschnittstelle 36, 37 ist als ein Aufnahmezylinder ausgebildet.
Die erste Anbindungsschnittstelle 36 ist an dem ersten Anbindungsbereich 25 angeordnet und erstreckt sich quer, insbesondere rechtwinklig, zu der auf die Hauptachse H bezogenen axialen Richtung in den Freiraum 39 hinein. Die zweite Anbindungsschnittstelle 27 ist an dem zweiten Anbindungsbereich 26 angeordnet und erstreckt sich in der axialen Richtung in den Freiraum 39 hinein.
Die mindestens eine Anbindungsschnittstelle 36, 38 ist dazu vorgesehen, den Gehäuseabschnitt 15 an die Ableiteinrichtung 21, insbesondere über die mindestens eine Anbindungseinrichtung 22, 23, elektrisch anzubinden. Hierzu ist die Anbindungseinrichtung 22, 23 als ein an der Scheibe 27 ablaufendes Kontaktelement ausgebildet, welches in der Anbindungsschnittstelle 36, 37 angeordnet, insbesondere von dieser gehalten oder getragen ist.
In der als Aufnahmezylinder ausgebildeten Anbindungsschnittstelle 36, 37 ist eine Federeinrichtung 38, insbesondere eine Druckfeder, angeordnet, welche eine elektrisch leitende Eigenschaft aufweist. Die Anbindungseinrichtung 22, 23 ist als das Kontaktelement auf der Federeinrichtung 38 federnd gelagert und wird durch deren Federkraft gegen die Scheibe 27 gedrückt. Somit kann die elektrische Verbindung zwischen der Anbindungseinrichtung 22, 23 und der Scheibe 27 besonders stabil gehalten werden. Die elektrischen Ströme können von dem Rotorwellenabschnitt 17 über die Scheibe 27 zu dem Kontaktelement und von diesem über die Anbindungsschnittstelle 36, 37 in den Gehäuseabschnitt 15 abgeleitet werden.
Das Kontaktelement ist ein auf der Scheibe 27 ablaufendes Bauteil. Vorteilhaft ist, dass das ablaufende Bauteil einen kleinflächigen, insbesondere punkt- oder linienförmige Kontaktbereich aufweist, wodurch ein Verschleiß des Kontaktelements und der Scheibe 27 bei der Rotation gering gehalten werden kann.
Die in der ersten Anbindungsschnittstelle 36 federnd gelagerte erste Anbindungseinrichtung 22 ist als das Kontaktelement gegen die äußere Umfangsfläche 29 (3a, 3b) der Scheibe 27 gedrückt. Die erste Anbindungseinrichtung 22 ist als eine Kugel 32 ausgebildet. Alternativ kann die erste Anbindungseinrichtung 22, wie in den 3a, 3b gezeigt, als eine Rolle 33 ausgebildet sein. Die Kugel 32 bzw. die Rolle 33 rollt auf der äußeren Umfangsfläche 29 der Scheibe 27 ab und stellt so die elektrische Verbindung zwischen beiden kontaktierend her.
Die in der zweiten Anbindungsschnittstelle 37 federnd gelagerte zweite Anbindungseinrichtung 22 ist als das Kontaktelement gegen die Stirnseite 28 der Scheibe 27 gedrückt. Die zweite Anbindungseinrichtung 22 ist als Rolle 33 ausgebildet. Alternativ kann die zweite Anbindungseinrichtung 22 als Kugel 32 ausgebildet sein, so wie es in den 3a, 3b gezeigt ist. Die Rolle 33 bzw, die Kugel 32 rollt auf der Stirnseite 28 der Scheibe 27 ab und stellt so die elektrische Verbindung zwischen beiden kontaktierend her.
Die 3a und 3b zeigen eine Draufsicht auf die Stirnseite 28 der Scheibe 27 als die Ableiteinrichtung 21. Die Ableiteinrichtung 21 ist gemäß der 3a vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Grundmaterial gebildet. Bei dem Grundmaterial handelt es sich um Stahl oder um Aluminium oder um ein anderes leitfähiges Metall. Zwischen dem Rotorwellenabschnitt 17 (2), der Scheibe 27 und den Anbindungseinrichtungen 22, 23 besteht über das elektrisch leitende Grundmaterial der Scheibe 27 die leitende Verbindung.
Die Scheibe 27 ist ohne zentrale Öffnung für den Rotorwellenabschnitt 17 ausgebildet. In dieser Ausgestaltung ist die Scheibe 27 in der Einbausituation gemäß der 2 indirekt mit Rotorwellenabschnitt 17 verbindbar und/oder verbunden. Die Scheibe 27 kann über ein weiteres elektrisch leitendes Bauteil, welches auf dem Rotorwellenabschnitt 17 sitzt, drehfest mit Rotorwellenabschnitt 17 verbunden sein, sodass die Scheibe 27 mit dem Rotorwellenabschnitt 17 mitrotiert und sodass der Rotorwellenabschnitt 17 und die Scheibe 27 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
In der 3b ist die Ableiteinrichtung 21 in einer alternativen Ausgestaltung gezeigt. Die Ableiteinrichtung 21 ist als die Scheibe 27 mit einer zentralen Öffnung 30 ausgebildet. Der Rotorwellenabschnitt 17 erstreckt sich in der Einbausituation der 2 durch die zentrale Öffnung 30. Die Scheibe 27 ist insbesondere unmittelbar drehfest mit dem Rotorwellenabschnitt 17 verbunden und rotiert mit diesem mit.
Die Ableiteinrichtung 21 ist gemäß der 3b aus einem nicht elektrisch leitfähigen Grundmaterial gebildet. Bei dem Grundmaterial handelt es sich z.B. um ein Kunststoffmaterial ohne elektrisch leitende Eigenschaft. Die Ableiteinrichtung 21 weist elektrisch leitfähige Leiterbahnen 31 auf, welche in dem Grundmaterial eingebracht oder auf dieses aufgebracht sind. Eine der Leiterbahnen 31 verläuft kreisförmig um die zentrale Öffnung 30 und mündet in einer Innenumfangsfläche 35 der Scheibe 27, welche die Öffnung 30 umgibt. Eine andere Leiterbahn 31 ist auf der äußeren Umfangsfläche 29 der Scheibe 27 angeordnet und umläuft diese. Die Leiterbahnen 31 sind miteinander leitend verbunden. Wenn die Scheibe 27 auf dem Rotorwellenabschnitt 17 sitzt ist über die an der Innenumfangsfläche 35 angeordnete Leiterbahn 31 eine leitende Verbindung von dem Rotorwellenabschnitt 17 zu der Scheibe 27 gewährleistet.
Die erste Anbindungseinrichtung 22 in der Ausbildung als Rolle 33 ist an die äußere Umfangsfläche 29 der Scheibe 27 gedrückt und rollt an dieser ab. Sie ist elektrisch leitend mit der Leiterbahn 31 verbunden, welche die äußere Umfangsfläche 29 umläuft. Es können optional mehrere erste Anbindungseinrichtungen 22 vorgesehen sein, die an der Umfangsfläche 29 abrollen.
Die Ableitvorrichtung 20 weist alternativ mehrere, z.B. zwei zweite Anbindungseinrichtungen 23 auf, welche als Kugeln 32 ausgebildet sind und auf der Leiterbahn 31 um die Öffnung 30 herum abrollen, wodurch sie elektrisch leitend mit der Leiterbahn 31 verbunden sind. Über die auf dem Rotorwellenabschnitt 17 sitzende Scheibe 27, ist somit eine elektrisch leitende Verbindung von dem Rotorwellenabschnitt 17 über die Leiterbahnen 31 zu den Anbindungseinrichtungen 22, 23 gewährleistet.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Scheibe 27 eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweisen, wenn sie aus dem nicht elektrisch leitfähigen Grundmaterial gebildet ist. Die leitfähige Beschichtung kann das Grundmaterial teilweise oder vollständig bedecken und die leitende Verbindung zu dem Rotorwellenabschnitt 17 herstellen. Die Anbindungseinrichtungen 22, 23 sind in diesem Fall gegen die Beschichtung gedrückt und rollen als Kontaktelemente auf dieser ab, um elektrisch leitend mit dem Rotorwellenabschnitt 17 verbunden zu sein.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die leitende Verbindung auch kontaktlos hergestellt werden. Hierzu kann die Anbindungseinrichtung 22, 23 kontaktlos zu der Ableiteinrichtung 21, insbesondere zu der Scheibe 27, angeordnet sein. In diesem Fall umfasst die Anbindungseinrichtung 22, 23 ein elektrisch leitendes Medium oder Element, z.B. eine leitfähige Flüssigkeit oder ein leitfähiges Gas. Die Anbindungseinrichtung 22, 23 kann alternativ auch durch das elektrisch leitende Medium oder Element gebildet sein. In diesem Fall kann auf die körperliche Ausgestaltung als Rolle 33 oder Kugel 32 verzichtet werden und die leitende Verbindung zwischen der Ableiteinrichtung 21 und den Anbindungsschnittstellen 36, 37 kontaktlos über das Medium oder das Element erfolgen. Das Medium oder Element kann hierzu z.B. in dem Freiraum 39 und/oder in den Anbindungsschnittstellen 36, 37 angeordnet und/oder aufgenommen sein.
Vorteilhaft ist, dass die elektrische Verbindung über die Anbindungseinrichtungen 22, 23 und über die Anbindungsschnittstellen 36, 37 in dem Freiraum 39 hergestellt wird, welcher beabstandet von dem Rotorwellenabschnitt 17 und von der Lagereinrichtung 13 ist. Der Freiraum 39 kann als Bauraum unproblematisch genutzt werden, da eine axiale Länge des Getriebeabschnitts 7 nicht verlängert werden muss. Der Abstand zu der Lagereinrichtung 13 hat den Vorteil, dass die elektrischen Ströme entfernt von dieser in das Gehäuse 11 abgeleitet werden.
Es ist bevorzugt, dass entweder die mindestens eine erste Anbindungseinrichtung 22 oder die mindestens eine zweite Anbindungseinrichtung 23 in einer konstruktiven Realisierung der Ableitvorrichtung 20 vorgesehen ist, um die elektrische Verbindung zwischen dem Rotorwellenabschnitt 17 und dem Gehäuseabschnitt 15 zu bilden. Bei mehreren ersten oder zweiten Anbindungseinrichtungen 22, 23 kann ein Stromabgriff an mehreren Stellen der Ableiteinrichtung 21 erfolgen, was im Betrieb der elektrischen Antriebsanordnung 1 von Vorteil sein kann.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Antriebsanordnung
2: elektrischer Antriebabschnitt
3: elektrischer Antrieb
4: Rotorwelle
5: Stator
6: Rotor
7: Getriebeabschnitt
8: Getriebeeinrichtung
9: Ausgangswelle
10: Trennabschnitt
11: Gehäuse
12: Gehäuseteil
13: Lagereinrichtung
14: weitere Lagereinrichtung
15: Gehäuseabschnitt
16: Aufnahmeabschnitt
17: weiterer Aufnahmeabschnitt
18: rotierender Innenring
19: stationärer Außenring
20: Ableitvorrichtung
21: Ableiteinrichtung
22: erste Anbindungseinrichtung
23: zweite Anbindungseinrichtung
24: Lageraufnahmebereich
25: erster Anbindungsbereich
26: zweiter Anbindungsbereich
27: Scheibe
28: Stirnseite
29: äußere Umfangsfläche
30: Öffnung
31: Leiterbahnen
32: Kugel
33: Rolle
35: Innenumfangsfläche
36: erste Anbindungsschnittstelle
37: zweite Anbindungsschnittstelle
38: Federeinrichtung
39: Freiraum
H: Hauptachse

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

US 5804903 A [0004]

Claims

Elektrische Antriebsanordnung (1) für ein Fahrzeug, mit einem elektrischen Antriebabschnitt (2), wobei der elektrische Antriebabschnitt (2) einen elektrischen Antrieb (3) mit einem Rotor (6) aufweist und wobei der elektrische Antriebsabschnitt (2) eine Welle (4) aufweist, wobei die Welle (4) mit dem Rotor (6) verbunden ist und wobei die Welle (4) eine Hauptachse (H) definiert, mit einem Gehäuse (11), wobei die Welle (4) relativ zu dem Gehäuse (11) drehbar gelagert ist, wobei das Gehäuse (11) einen Gehäuseabschnitt (15) umfasst, mit einer Ableitvorrichtung (20) zur Ableitung einer elektrischen Ladung und/oder Spannung von dem Rotor (2) und/oder der Welle (4) zu dem Gehäuseabschnitt (15) und/oder in Gegenrichtung, wobei die Ableitvorrichtung (20) eine Ableiteinrichtung (21) zur elektrischen Anbindung an die Welle (4) aufweist, wobei sich die Ableiteinrichtung (21) mit der Welle mitdreht, und wobei die Ableitvorrichtung (20) mindestens eine Anbindungseinrichtung (22, 23) zur elektrischen Verbindung der Ableiteinrichtung (21) mit dem Gehäuse (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung (22, 23) dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung mit der Ableiteinrichtung (21) kontaktierend herzustellen, wobei die mindestens eine Anbindungseinrichtung (22, 23) zur kontaktierenden Verbindung mit der Ableiteinrichtung (21) ein Kontaktelement ist, welches auf der der Ableiteinrichtung (21) abläuft, oder dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung (22, 23) dazu ausgebildet ist, die elektrische Verbindung mit der Ableiteinrichtung (21) kontaktlos herzustellen.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiteinrichtung (21) eine Scheibe (27) ist, wobei die Scheibe (27) direkt oder indirekt elektrisch und mechanisch mit der Welle (4) verbunden ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung (22, 23) so angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass sie die elektrische Verbindung mit einer Stirnseite (28) der Scheibe (27) herstellen kann oder dass sie die elektrische Verbindung mit einer äußeren Umfangsfläche (29) der Scheibe (27) herstellen kann.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anbindungseinrichtung (22, 23) ein Element und/oder oder ein Medium zur Herstellung der kontaktlosen Verbindung mit der Ableiteinrichtung (21) umfasst und/oder durch dieses gebildet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitvorrichtung (20) mindestens eine Anbindungsschnittstelle (36, 37) aufweist, wobei die mindestens eine Anbindungsschnittstelle (36, 37) an den Gehäuseabschnitt (15) elektrisch leitend angebunden ist, wobei die mindestens eine Anbindungseinrichtung (22, 23) in oder an der Anbindungsschnittstelle (36, 37) angeordnet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Anbindungsschnittstelle (36, 37) eine Federeinrichtung (38) umfasst, wobei das Kontaktelement auf der Federeinrichtung (38) federnd gelagert ist und gegen die Ableiteinrichtung (21) gedrückt ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiteinrichtung (21) teilweise oder vollständig aus einem elektrisch leitenden Material zur elektrischen Anbindung an die Welle (4) gebildet ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiteinrichtung (21) aus einem nicht elektrisch leitenden Material gebildet ist, wobei die Ableiteinrichtung (21) teilweise oder vollständig mit einer elektrisch leitenden Beschichtung zur elektrischen Anbindung an die Welle (4) versehen ist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableiteinrichtung (21) aus dem nicht elektrisch leitenden Material gebildet ist, wobei die Ableiteinrichtung Leiterbahnen (31) zur elektrischen Anbindung an die Welle (4) aufweist.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsanordnung (1) eine Lagereinrichtung (13) umfasst, wobei die Welle (4) in der Lagereinrichtung (13) rotierbar gelagert ist und wobei die mindestens eine Anbindungsschnittstelle (36, 37) radial beabstandet von der Welle und/oder von der Lagereinrichtung (13) angeordnet ist.