DE102013204766A1

DE102013204766A1 - Elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung

Info

Publication number: DE102013204766A1
Application number: DE102013204766.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Braun; Thomas Winter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: DE102013204766B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung (12), welche wenigstens eine Fahrzeugachse (17) aufweist, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind und wobei die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung (12) außerdem folgende Komponenten (21) aufweist: ein Getriebe (18, 21), welches mit der Fahrzeugachse (17, 21) verbunden ist; einen Elektromotor (14, 21), welcher mit dem Getriebe (18, 21) gekoppelt ist zum Übertragen eines Drehmoments auf die Fahrzeugachse (17, 21) und die mit der Fahrzeugachse (17, 21) verbunden Fahrzeugräder; eine Leistungselektronik (15, 16, 21), wobei die Leistungselektronik (15) einen Inverter (16) aufweist, welcher mit dem Elektromotor (14, 21) verbunden ist, zum Speisen des Elektromotors mit elektrischer Energie, wobei die Komponenten (14, 15, 18, 21) zueinander benachbart angeordnet sind und einen gemeinsamen Kühlkreislauf (13) aufweisen zum Kühlen der Komponenten (14, 15, 18, 21).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung, sowie ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung.
Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, dass aufgrund begrenzter Ölressourcen und der Notwendigkeit die CO₂-Emmissionen im Straßenverkehr zu reduzieren, der Einsatz von Elektro- und Hybridfahrzeugen forciert wird. Die Antriebseinheit eines solchen Fahrzeugs besteht aus einem Elektromotor, der üblicherweise über ein Getriebe mit den Rädern verbunden ist. Des Weiteren weist die Antriebseinheit eine Leistungselektronik oder einen Inverter auf, welche bzw. welcher den Elektromotor mit Energie versorgt. Außerdem weist die Antriebseinheit einen Energiespeicher auf, der üblicherweise als Batterie ausgeführt ist.
Aus der DE 10 2011 080 038 A1 ist eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug bekannt, welche einen in einem Bereich einer Stirnseite einer Fahrzeugachse des Elektrofahrzeugs angeordneten Elektromotor aufweist. Der Elektromotor umfasst eine Antriebsachse an deren offenen Ende eine Mitnahmeverzahnung angeordnet ist. Auf der der Mitnahmeverzahnung gegenüberliegenden Seite einer Antriebsachse des Elektromotors ist ein Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl des Elektromotors angeordnet. Das Gehäuse des Elektromotors wird an der Seite des Drehzahlsensors durch einen Deckel luft- und fluiddicht verschlossen. Auf der äußeren Seite des Gehäuses im Bereich eines Stators des Elektromotors sind umlaufende Kühlrippen vorgesehen, um die Wärme des Elektromotors an die Umgebung möglichst effektiv abgeben zu können. Des Weiteren ist eine Getriebeeinheit vorgesehen, die mit dem Elektromotor zum Antrieb des jeweiligen Rades des Elektrofahrzeugs zusammenwirkt. Der Elektromotor und die Getriebeeinheit sind hierbei radnah anordenbar.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit einer derartigen Fahrzeugachsenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung, welche die Komponenten aufweist: wenigstens eine Fahrzeugachse, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind; ein Getriebe, welches mit der Fahrzeugachse verbunden ist; einen Elektromotor, welcher mit dem Getriebe gekoppelt ist, zum Übertragen eines Drehmoments auf die Fahrzeugachse und die mit der Fahrzeugachse verbundenen Fahrzeugräder; eine Leistungselektronik, wobei die Leistungselektronik einen Inverter aufweist, welcher mit dem Elektromotor verbunden ist, zum Speisen des Elektromotors mit elektrischer Energie; wobei die Komponenten benachbart zueinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen zum Kühlen der Komponenten.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass eine elektrische Fahrzeugachse insbesondere für ein Elektrofahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug bereitgestellt wird, bei welcher die Komponenten der Fahrzeugachsenvorrichtung zusammengefasst werden, indem die Komponenten zueinander benachbart oder räumlich möglichst nahe beieinander angeordnet und mittels eines gemeinsamen Kühlkreislauf gekühlt werden. Dadurch kann eine verbesserte und kostengünstigere Kühlung der Komponenten der Fahrzeugachse ermöglicht werden, da die Komponenten nicht wie bisher als separate Einheiten ausgebildet und gekühlt werden.
In einer Ausführungsform der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung sind wenigstens zwei oder vorzugsweise alle Komponenten der Fahrzeugachsenvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Dadurch kann ein kompakter Aufbau der Fahrzeugachsenvorrichtung erzielt und Bauraum im Fahrzeug eingespart werden. Optional kann wenigstens eine zusätzliche Trennwand in dem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen werden zum zumindest teilweisen Abschirmen wenigstens einer Komponente gegen die Gehäuseumgebung. Dadurch kann ein ungewolltes Verschmutzen beispielsweise der Leistungselektronik durch das Getriebe verhindert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlkreislauf derart ausgebildet, dass er das Kühlmittel sequentiell und/oder parallel durch die Komponenten der Fahrzeugachsenvorrichtung führt. Die Komponenten der Fahrzeugachsenvorrichtung können bei einer sequentiellen Führung des Kühlmittels beispielsweise derart angeordnet sein, dass das Kühlmittel zuerst der Leistungselektronik oder dem Elektromotor zugeführt wird, da diese besonders hohe Anforderungen an die Kühlung stellen. Am Ende wird das Kühlmittel dem Getriebe zugeführt, wodurch beim Anlauf oder Warmlauf der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden kann.
Das Gehäuse ist in einer Ausführungsform der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung passiv und/oder aktiv kühlbar ausgebildet. Das Gehäuse kann für eine passive Kühlung an seiner Außenseite mit wenigstens einer zusätzlichen Kühlrippe ausgebildet werden zum verbesserten Abführen von Wärme an die Umgebung. Für eine aktive Kühlung kann in dem Gehäuse wenigstens eine Kühlmitteldüse vorgesehen werden, welche wenigstens einen Bereich der Innenseite des Gehäuses mit Kühlmittel ansprüht. Ebenso kann auf der Außenseite des Gehäuses wenigstens ein Gebläse vorgesehen sein, welches wenigstens einen Bereich der Außenseite des Gehäuses zur Kühlung mit Luft anbläst. Dadurch kann die Kühlung des Gehäuses und der darin aufgenommenen Komponenten zusätzlich verbessert werden. Die Kühlrippe hat des Weiteren den Vorteil, dass sie an dem Gehäuse einfach und kostengünstig realisiert werden kann, z. B. durch Gießen des Gehäuses mit wenigstens einer Kühlrippe.
In einer Ausführungsform der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung ist das Kühlmittel Öl, insbesondere Getriebeöl. Getriebeöl wird in einem Fahrzeug generell zur Schmierung eines Getriebes vorgesehen. Indem es bei der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung zusätzlich zur Kühlung von weiteren Komponenten eingesetzt wird, wird eine besonders effiziente Kühlung und Schmierung der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung erreicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Kühlkreislauf mit einer Ölpumpe verbunden, welche Öl als Kühlmittel aus einem Ölsumpf durch den Kühlkreislauf pumpt. Die Ölpumpe und/oder der Ölsumpf können dabei sowohl in dem Gehäuse als auch außerhalb des Gehäuses in dem Fahrzeug vorgesehen werden. Die Ölpumpe ist vorzugsweise drehzahlunabhängig vorgesehen, so dass Öl bereits durch den Kühlkreislauf gepumpt werden kann, wenn die Drehzahl des Elektromotors noch Null ist.
In einer weiteren Ausführungsform sind ein Stator und/oder ein Rotor des Elektromotors mittels des Öls kühlbar ausgebildet. Dabei kann beispielsweise wenigstens eine Düse im Bereich der Rotorwicklungen des Elektromotors vorgesehen und mit dem Kühlkreislauf verbunden sein zum Besprühen der Rotorwicklungen mit Öl, um diese zu kühlen. Ebenso kann der Rotor auch mit einer Hohlwelle ausgebildet werden, durch welche Öl des Kühlmittelkreislaufs zur Kühlung des Rotors hindurchleitbar ist. Hierdurch kann eine effiziente Kühlung des Elektromotors und seiner Bauteile erreicht werden.
Ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, kann mit wenigstens einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung versehen werden. Hierdurch kann sehr einfach ein Vorderachsantrieb, ein Hinterachsantrieb oder ein Allradantrieb realisiert werden. Für einen Allradantriebe können hierbei beispielsweise je eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung für die Vorderachse und die Hinterachse des Fahrzeugs vorgesehen werden. Ebenso kann in einer Ausführungsform auch nur eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung vorgesehen werden, welche zur Bereitstellung eines Allradantriebs mit einem Seitenantrieb oder Seitentrieb versehen ist, zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse in dem Fahrzeug mittels der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Antriebseinheit, deren Komponenten als separate Einheiten ausgeführt sind;
2 eine schematische Ansicht einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Anordnung einer Leistungselektronik und eines Elektromotors einer erfindungsgemäßen elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung; und
4 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Anordnung einer Leistungselektronik und eines Elektromotors einer erfindungsgemäßen elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 1 mit einer Antriebseinheit gezeigt, deren Komponenten als separate Einheiten mit einer thermischen und einer elektrischen Schnittstelle ausgeführt sind. Eine thermische Anbindung 39 und eine elektrische Anbindung 40 der Komponenten sind hierbei in 1 dargestellt.
Wie zuvor in der Beschreibungseinleitung beschrieben, weist die Antriebseinheit z. B. eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs einen Elektromotor 2 auf, der im Allgemeinen über ein Getriebe 3 mit einer Fahrzeugachse 4 und deren Räder 5 gekoppelt ist. Des Weiteren weist die Antriebseinheit eine Leistungselektronik 6 auf. Die Leistungselektronik 6 weist dabei einen Inverter 7 auf, welcher an den Elektromotor 2 elektrische angebunden ist, um diesen mit Energie zu versorgen. Außerdem weist die Antriebseinheit einen Energiespeicher 8 auf, der üblicherweise als Batterie 9 ausgeführt ist und an den Inverter 7 elektrisch angebunden ist, um einen Gleichstrom der Batterie 9 mittels des Inverters 7 in Wechselstrom für den Elektromotor 2 umzuwandeln. Mittels des Elektromotors 2 wird über das zugeordnete Getriebe 3 die Fahrzeugachse 4 des Fahrzeugs 1 angetrieben und ein Drehmoment auf die Räder 5 der Fahrzeugachse 4 übertragen, wie in 1 gezeigt ist.
Die Komponenten werden alle als separate Einheiten mit sowohl einer thermischen als auch einer elektrischen Schnittstelle ausgeführt, wie in 1 dargestellt ist. Die im Elektromotor 2 und in der Leistungselektronik 6 entstehende Verlustenergie wird normalerweise über einen Kühlkreislauf 10 abgeführt. Dieser Kühlkreislauf 10 führt die Verlustenergie entweder von jeder Komponente separat ab, oder die Komponenten werden hierfür thermisch in Reihe geschaltet, wie in 1 gezeigt ist. Teilweise wird auch beides kombiniert.
Die Rückkühlung des dafür erforderlichen Kühlkreislaufes 10 wird mit Hilfe eines Fahrzeugkühlers 11 ermöglicht. Das Getriebe 3 wird typischerweise passiv über das Getriebegehäuse gekühlt. Die dabei abzuführende Verlustleistung ist relativ gering, da das Getriebe 3 einen sehr hohen Wirkungsgrad hat.
Die Batterie 9 als Energiespeicher wird entweder luftgekühlt, wie in 1, oder über einen separaten Wasserkreislauf gekühlt, welcher über einen Kältekreislauf einer Klimaanlage des Fahrzeugs 1 mit gekühlt wird.
In 2 ist nun eine schematische Ansicht einer integrierten elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden die Komponenten 21 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 in einem gemeinsamen Kühlkreislauf 13 mit einem Kühlmedium gekühlt. Als Kühlmedium wird dabei beispielsweise Öl, wie z. B. Getriebeöl, verwendet. Getriebeöl ist in bisherigen Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen zu Kühlung und Schmierung von Getriebeelementen eines Getriebes vorgesehen. (Dadurch ergibt sich die neue Möglichkeit eine thermisch autarke Einheit ohne Anbindung an ein thermisches System des Fahrzeuges zu realisieren.
Die hochintegrierte elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 weist, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, als Komponenten 21 einen Motor, hier einen Elektromotor 14, mit einer zugehörigen Leistungselektronik 15 auf. Die Leistungselektronik 15 weist dabei wenigstens einen Stromwandler oder Inverter 16 auf, zum Bereitstellen eines geeigneten Stroms, z. B. Wechselstroms, für den Elektromotor 14.
Die Leistungselektronik 15 kann neben den Inverter 16 außerdem beispielsweise wenigstens einen Teil einer Lagesensoreinrichtung zum Bestimmen einer Rotorposition eines Rotors des Elektromotors 14, eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Signale der Lagesensoreinrichtung und/oder wenigstens eine weitere Elektronikeinrichtung, wie z. B. einen Aktor, ein Leistungsmodul, einen Filter, einen Treiberbaustein usw. aufweisen, wie nachfolgend anhand der 3 und 4 beispielhaft erläutert wird. Der Aktor kann dabei beispielsweise ein Aktor zum Betätigen einer Ölpumpe 22, ein Aktor zum Betätigen wenigstens einer Düse und/oder eines Ventils, beispielsweise eines Ventils (nicht dargestellt) zum Steuern und/oder Regeln des Durchflusses des Kühlmediums durch den Kühlkreislauf 13, ein Schaltaktor oder ein Aktor zum Betätigen eines Gebläses 27 sein.
Als weitere Komponenten 21 weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 wenigstens eine Achse bzw. Fahrzeugachse 17 und wenigstens ein Getriebe 18 auf, zur Übertragung eines Drehmoments auf die Achse 17 und mit der Achse verbundene Fahrzeugräder. Zur Drehmomentübertragung kann das Getriebe 17 in Ausführungsformen der Erfindung hierbei beispielsweise ein Differential aufweisen.
Die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 kann dabei als Vorderachsantrieb, Hinterachsantrieb oder Allradantrieb ausgebildet sein. Hierbei kann die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 eine Vorderachse oder eine Hinterachse des Fahrzeugs 1 aufweisen zur Ausbildung des Vorderachsantriebs bzw. Hinterachsantriebs des Fahrzeugs 1. Zur Ausbildung eines Allradantriebs können hierbei zwei elektrische Fahrzeugachsenvorrichtungen 12 miteinander kombiniert werden, wobei eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 die Vorderachse und die andere elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 die Hinterachse aufweist. Ebenso kann zur Ausbildung eines Allradantriebs auch nur eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 vorgesehen werden, welche eine Achse 17 des Fahrzeugs aufweist, beispielsweise die Vorderachse, und über einen Seitenantrieb (nicht dargestellt) die andere Fahrzeugachse, beispielsweise die Hinterachse, mit antreibt. An der jeweiligen Fahrzeugachse 17 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 sind die Räder des Fahrzeugs befestigbar.
Die Hochintegration der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 wird dadurch erreicht, dass wenigstens zwei oder alle Komponenten der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 räumlich möglichst nahe beieinander angeordnet sind. Die Komponenten der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 sind hierbei beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 19 angeordnet, wie in 2 gezeigt ist. Das Gehäuse 19 kann in einer Ausführungsform des Weiteren optional ein oder mehrere zusätzliche Trennwände 20 aufweisen, wie in 2 mit einer gepunkteten Linie angedeutet ist, zum zumindest teilweise Abschirmen einer Komponente 21 innerhalb des Gehäuses 19, um beispielsweise ein Verschmutzen der Komponente 21 zu verhindern. In dem Fall, dass die Leistungselektronik 15 neben dem Inverter 16 weitere Elektronikeinrichtungen aufweist, können der Inverter 16 und die weiteren Elektronikeinrichtungen in einem gemeinsamen Bereich im Gehäuse 19 angeordnet sein oder an verschiedenen Stellen des Gehäuses 19, je nach Funktion und Einsatzzweck. Der Inverter 16 und die weiteren Elektronikeinrichtungen können dabei durch ein oder mehrere Trennwände 20 von den übrigen Komponenten 21 und/oder auch voneinander zumindest teilweise abgeschirmt sein.
Wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, ist der Motor, hier der Elektromotor 14, mit dem Getriebe 18 verbunden zum Übertragen eines Drehmoments auf die mit dem Getriebe 18 gekoppelte Achse 17 oder Achsen und die mit der Achse 17 bzw. Achsen verbundenen Fahrzeugräder. Der Motor 14 wird dabei über den in 2 gezeigten Inverter 16 mit elektrischer Energie gespeist. Der Inverter 16 ist wiederum mit einem Energiespeicher verbindbar, wobei der Energiespeicher beispielsweise eine Batterie ist. Der Energiespeicher versorgt den Inverter 16 z. B. mit Gleichstrom, welcher durch den Inverter 16 in Wechselstrom umgewandelt und dem Elektromotor 14 zugeführt wird.
Der Energiespeicher (nicht dargestellt) ist in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Fahrzeug 1 außerhalb des Gehäuses 19 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 angeordnet. Der Inverter 16 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 ist dabei mit dem Energiespeicher, wie zuvor beschrieben, elektrisch verbindbar zum Zuführen von elektrischer Energie des Energiespeichers über den Inverter 16 an den Elektromotor 14.
Wie in 2 gezeigt ist, wird innerhalb der integrierten elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 ein geschlossener Kühlmittelkreislauf 13, insbesondere ein geschlossener Ölkühlkreislauf realisiert. Dabei wird das Öl als Kühlmittel mit Hilfe der Ölpumpe 22 entweder sequenziell und/oder parallel durch die zu kühlenden Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12 geführt. Dadurch kann eine Entwärmung oder Kühlung aller Komponenten 21 sichergestellt werden.
Die Rückkühlung des Öls erfolgt hierbei, wie in dem Ausführungsbeispiel in 2 gezeigt ist, beispielsweise passiv über das Gehäuse 19. Bei der passiven Rückkühlung des Öls wird das Öl durch Kontakt mit dem Gehäuse 19 gekühlt.
Hierbei kann wenigstens ein Bereich der Außenseite des Gehäuses 19, wie in 2 dargestellt ist, optional mit wenigstens einer oder mehreren zusätzlichen Kühlrippen 23 versehen sein, um den Wärmeübergang an die Umgebungsluft zusätzlich zu verbessern.
Mit dieser passiven Kühlung kann zumindest ein Teil oder vorzugsweise die gesamte in der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 entstehende Verlustleistung über das Gehäuse 19 an die Umgebungsluft abgeführt werden.
Die Fahrzeugachsenvorrichtung 12 weist, wie in 2 gezeigt ist, als Ölpumpe 22 eine eigene oder drehzahlunabhängige Ölpumpe auf, die mit einem Ölsumpf 24 verbunden ist, zum Pumpen von Öl zu den Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12, um diese zu kühlen und/oder zu schmieren. Die Ölpumpe 22 und der Ölsumpf 24 sind dabei beispielsweise in dem Gehäuse 19 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 vorgesehen, wie in 2 gezeigt ist. Die Ölpumpe hat den Vorteil, dass sie von der Drehzahl des Elektromotors unabhängig ist, da sie nicht über den Elektromotor 14 angetrieben wird. Daher kann diese Ölpumpe bereits Öl zu den Komponenten 21 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 pumpen, wenn die Drehzahl des Elektromotors 14 noch Null ist.
Ebenso können die Ölpumpe 22 und/oder der Ölsumpf 23 auch außerhalb des Gehäuses 19 in dem Fahrzeug (nicht dargestellt) vorgesehen und mit einem Ölleitungssystem (nicht dargestellt) der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 verbindbar sein, zum Pumpen von Öl zu den Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12.
Durch die Ölpumpe 22 erfolgt eine gezielte Kühlung aller Komponenten 21, indem die Ölpumpe 22 parallel und/oder sequentiell Öl durch die Komponenten 21 pumpt. Mittels des Öls können Komponenten 21 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 außerdem nicht nur gekühlt, sondern auch geschmiert werden, wie beispielsweise das Getriebe 18. Die Ölpumpe 22 kann mechanisch und/oder elektrisch angetrieben werden. Bei der elektrisch angetriebenen Ölpumpe bzw. bei der mechanisch und elektrisch angetriebenen Ölpumpe kann unabhängig von einer Traktionsmaschinendrehzahl die Schmierung und Kühlung aller Komponenten 21 sichergestellt werden. Die mechanisch und elektrisch angetriebene Ölpumpe kann über eine geeignete Vorrichtung, wie beispielsweise einen Freilauf (nicht dargestellt), durch eine Traktionsmaschine (nicht dargestellt) und/oder einen eigenen elektrischen Pumpenmotor (nicht dargestellt) angetrieben werden.
Über das Ölleitungssystem 25 mit seinen Ölleitungen wird Öl zum Kühlen und/oder Schmieren den einzelnen Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12 zugeführt. Das Ölleitungssystem 25 kann mit seinen Ölleitungen teilweise oder vollständig in dem Gehäuse 19 integriert oder einstückig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können wenigstens ein Teil der Ölleitungen des Ölleitungssystems 25 auch als separate Leitungen in dem Gehäuse 19 angeordnet sein.
Beispielsweise wird Öl über das Ölleitungssystem 25 zuerst der Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 und anschließend dem Elektromotor 14 zugeführt oder umgekehrt, um diese Komponenten 21 zu kühlen. Anschließend wird das Getriebe 18 über das Ölleitungssystem 25 mit Öl versorgt, um das Getriebe 18 zu kühlen und/oder zu schmieren. Dabei können bei dem Getriebe 18 beispielsweise Getriebeelemente, wie wenigstens eine Kupplung, ein Lager und/oder ein Zahnrad usw. mittels des Öls geschmiert und/oder gekühlt werden.
Die Durchströmung der Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12 mit Öl kann seriell erfolgen, wie in 2 gezeigt ist, und/oder parallel. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Ölleitungssystem 25 gezeigt, über welches Öl mittels der Ölpumpe 22 aus dem Ölsumpf 24 des Gehäuses 19 zum Kühlen und gegebenenfalls zusätzlichen Schmieren den Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 11 der Reihe nach zugeführt wird. Die Reihenfolge beginnt dabei, wie in 2 gezeigt ist, beispielsweise mit der Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 und geht dann weiter zu dem Elektromotor 14 und von dem Elektromotor 14 schließlich zu dem Getriebe 18. Die Reihenfolge in 2 ist dabei rein beispielhaft und die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Wie in 2 dargestellt ist, wird bei einem Beispiel für eine geeignete Anordnung einer seriellen Durchströmung mit Öl als Kühlmittel, zuerst die Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 mit Öl gekühlt, da die Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 die höchsten Anforderungen an eine Kühlung besitzt. Dadurch wird die Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 mit einem möglichst kühlen Öl gekühlt. Nach der Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 führt der Ölstrom bevorzugt zu dem Motor, hier dem Elektromotor 14. Dabei kann ein Stator und/oder ein Rotor des Elektromotors 14 mit Öl gekühlt werden. Nachdem der Ölstrom den Elektromotor 14 gekühlt hat, wird der Ölstrom bevorzugt zu dem Getriebe 18 geführt und hierbei zu wenigstens einem oder mehreren Getriebeelementen, wie beispielsweise wenigstens einem Zahnrad, einem Lager und/oder einer Kupplung. Hierbei können die Zahnräder, Lager und Kupplungen sowohl gekühlt als auch geschmiert werden. Die Anordnung des Getriebes 18 und seiner Getriebeelemente, wie Lager, Zahnräder, Kupplungen usw. am Ende der Kühlkette hat zusätzlich den Vorteil, dass beim Anlauf und Warmlauf der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 der Wirkungsgrad dieser Getriebeelemente deutlich verbessert wird, da das Öl aufgrund der aufgenommen Verlustleistung der elektrischen Komponenten ein deutlich höheres Temperaturniveau erreichen kann und dadurch die Viskosität des Öls geringer wird, was zu geringeren Verlusten bei den Getriebeelementen, wie z. B. Lagern, Zahnrädern, Kupplungen usw. führt.
Eine oder mehrere Kupplungen (nicht dargestellt) als Getriebeelemente können vorgesehen werden, um beispielsweise ein Zweiganggetriebe oder Mehrganggetriebe bei dem Fahrzeug 1 bereitzustellen.
Bei der Kühlung des Elektromotors 14 können neben dem Stator auch der Rotor und Wickelköpfe des Elektromotors 14 gezielt mit Öl gekühlt werden. Der jeweilige Wickelkopf des Elektromotors 14 kann dabei außerdem zusätzlich über wenigstens eine zusätzliche Düse (nicht dargestellt) in dem Gehäuse 19 mit Öl als Kühlmittel angesprüht werden. Die Düse ist dazu beispielsweise mit dem Ölleitungssystem 25 und der Ölpumpe 22 verbunden oder wird über ein eigenes Ölleitungssystem und/oder eine eigene Ölpumpe beispielsweise aus dem Ölsumpf 24 des Gehäuses 19 mit Öl gespeist. Der Rotor, welcher beispielsweise eine Hohlwelle aufweist, kann wiederum durch ein Durchströmen der Hohlwelle mit Öl z. B. aus dem Ölsumpf 24 des Gehäuses 19 gekühlt.
Zur Rückkühlung für das Getriebeöl kann des Weiteren das Gehäuse 19 verwendet werden, wie zuvor beschrieben. Dabei kann das Gehäuse 19 beispielsweise zusätzlich von Innen über ein oder mehrere Kühlmitteldüsen 26 mit dem zuvor zur Kühlung und gegebenenfalls Schmierung der Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12 verwendeten Öl angesprüht werden, wie in 2 angedeutet ist. Dadurch kann die Oberfläche des Gehäuses 19 aktiv zur Kühlung genutzt werden. Die Kühlmitteldüse 26 ist dabei beispielsweise mit dem Ölleitungssystem 25 und der Ölpumpe 22 verbunden, wie in 2 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. Ebenso kann die Kühlmitteldüse 26 auch an eine eigene Ölpumpe und/oder einen eigenen Ölsumpf über ein eigenes Ölleitungssystem (nicht dargestellt) angeschlossen sein.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Vorsehen wenigstens einer Düse und/oder einer Kühlmitteldüse 26, kann zur Verstärkung des Kühleffektes die Gehäuseaußenwand zumindest in einem Abschnitt mit der einen oder den mehreren Kühlrippen 23 versehen werden, wie zuvor beschrieben. Die Wärme wird hierbei durch Konvektion an die Umgebungsluft abgeführt.
Zusätzlich oder alternativ zu der wenigstens einen Düse, der wenigstens einen Kühlmitteldüse 26 und/oder der wenigstens einen Kühlrippe 23 kann die Kühlung verstärkt werden durch wenigstens ein zusätzliches Gebläse 27. Das wenigstens eine Gebläse 27 ist dabei außerhalb des Gehäuses 19 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 im Fahrzeug 1 vorgesehen und bläst das Gehäuse 19 von außen mit Luft an, um das Gehäuse 19 zusätzlich zu kühlen.
Auf dieses Weise kann das in dem Fahrzeug 1 bisher nur für das Getriebe 18 eingesetzte Getriebeöl zusätzlich als Kühlmedium für weitere oder vorzugsweise alle Komponenten 21 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 genutzt werden.
Das räumlich möglichst nahe beieinander Anordnen der Komponenten 21 oder wenigstens Teile der Komponenten 21 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 19, ermöglicht, dass das Gehäuse 19 als Rückkühler genutzt werden kann. Das Gehäuse 19 kann dabei für verschiedene Funktionen genutzt werden, wie die Rotorkühlung des Elektromotors 14. Dazu kann eine Ölpumpe 22 für die Umwälzung des Getriebeöls verwendet werden und beispielsweise zusätzlich zur Wicklungskühlung des Elektromotors in dem Gehäuse 19 eingesetzt werden.
Es kann mindestens ein Kühlkreislauf im Fahrzeug 1 eingespart werden, wodurch sich die Anzahl der benötigten Schnittstellen, sowie die Anzahl der benötigten Einzelkomponenten für den Kühlkreislauf erheblich reduziert. Aufgrund der räumlich möglichst nahen Anordnung der Komponenten 21 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 und die Kühlung der Komponenten 21 mittels des Getriebeöls, wird eine effiziente und sinnvolle Hochintegration der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 ermöglicht. Durch die Kühlung der Komponenten 21 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 mit dem Getriebeöl ergibt sich außerdem eine thermisch autarke Einheit für eine elektrische Antriebseinheit von Hybridfahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen und Elektrofahrzeugen, die ohne Anbindung an das thermische System des Fahrzeuges 1 betrieben werden kann.
Bei Elektrofahrzeugen kann hierdurch mindestens einer der bisher benötigten Kühlkreisläufe eingespart werden. Bei Hybridfahrzeugen kann wiederum die aufwendige thermische Anbindung der elektrischen Achse an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors entfallen. Bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen reduzieren sich außerdem erheblich die Anzahl der benötigten Schnittstellen, sowie die Anzahl der benötigten Einzelkomponenten für den Kühlkreislauf.
Die hochintegrierte elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 stellt ein neuartiges Thermomanagement bereit. Thermisch autarke Komponenten der Fahrzeugachsenvorrichtung 12 können beispielsweise passiv durch den Fahrtwind gekühlt werden, insbesondere das Gehäuse 19, in welchem die Komponenten 21 räumlich nahe beieinander angeordnet sind. Die Kühlung kann hierbei weiter verstärkt werden durch das wenigstens eine Gebläse 27, z. B. ein Standardgebläse, welches außerhalb des Gehäuses 19 angeordnet ist und dieses kühlt. Des Weiteren kann die Viskosität des Öls verbessert und optimal genutzt werden durch eine geeignete Führung des Öls entlang der Komponenten 21 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12, bei welcher beispielsweise das Getriebe 18 am Ende mittels des inzwischen erwärmten oder weiter erwärmten Öls gekühlt und geschmiert werden kann.
Der Vorteil der beschriebenen elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 liegt darin, dass eigensichere Komponenten bereitgestellt werden können. Des Weiteren kann die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 leichter in ein bestehendes System integriert werden, da beispielsweise Getriebeöl, das bisher nur zum Kühlen und Schmieren des Getriebes genutzt wurde, verwendet werden kann. Dadurch können Kosten und Gewicht eingespart werden.
Des Weiteren wird eine Temperierung des Getriebes 18 durch ein schnelleres Erwärmen ermöglicht und somit ein Wirkungsgradvorteil erreicht. Außerdem wird die Zuverlässigkeit aufgrund reduzierter Schnittstellen und Bauteile erhöht und es kann Fahrzeugbauraum eingespart werden. Die Abfolge der zu kühlenden und gegebenenfalls zu schmierenden Komponenten 21 kann aufeinander geeignet abgestimmt werden, so dass eine Wirkungsgradverbesserung und damit eine geringere erforderliche Kühlleistung erzielt werden kann.
Auf Fahrzeugseite fällt durch die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 12 bei Elektrofahrzeugen der Fahrzeugkühler und damit auch das Kühlmedium zur Kühlung der Fahrzeugachsenvorrichtung weg. Des Weiteren können eine Umwälzpumpe für das Kühlmedium des Fahrzeugkühlers und Wasserregelventile entfallen. Außerdem können Kühlleitungen für das Kühlmedium des Fahrzeugkühlers und bisher hierfür erforderliche Schnittstellen entfallen. Des Weiteren ist bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen kein Befüllvorgang oder lediglich ein reduzierter Befüllvorgang des Kühlkreislaufs bei der Fahrzeugmontage erforderlich.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 wird die Rotorposition des Elektromotors 14 über eine Lagesensoreinrichtung bestimmt. Ein Lagesensor der Lagesensoreinrichtung, beispielsweise ein Drehgeber, kann dabei als separates Bauteil ausgeführt und über Kabel mit der Leistungselektronik 15 der Fahrzeugachsenvorrichtung 12 verbunden sein. Weiter kann die Verbindung des Inverters 16 mit dem Elektromotor 14 als Kabelverbindung innerhalb der integrierten elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12, wie sie beispielhaft in 2 gezeigt und beschrieben ist, vorgesehen sein.
Wie zuvor mit Bezug auf 2 ausgeführt, weist die Leistungselektronik 15 wenigstens den Inverter 16 auf. Des Weiteren kann die Leistungselektronik 15 beispielsweise wenigstens einen Teil einer Lagesensoreinrichtung 28 zum Bestimmen einer Rotorposition eines Rotors des Elektromotors 14, eine Auswerteeinrichtung 29 zum Auswerten der Signale der Lagesensoreinrichtung 28 und/oder wenigstens eine weitere Elektronikeinrichtung, wie z. B. einen Aktor, ein Leistungsmodul, einen Filter, einen Treiberbaustein usw. aufweisen, je nach Funktion und Einsatzzweck, wie nachfolgend anhand der 3 und 4 beispielhaft erläutert wird.
Eine besonders effiziente und kompakte Anordnung der Leistungselektronik 15, des Elektromotors 14, des Getriebes 18 und der Fahrzeugachse 17 ist in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 in 3 und 4 gezeigt.
Bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Verkabelung mit den benötigten Steck- oder Lötverbindern zusätzlich erheblich reduziert werden.
Wie zuvor beschrieben, ist in 3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Anordnung der Leistungselektronik 15, des Elektromotors 14, des Getriebes 18 und der Fahrzeugachse 17 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 gezeigt. Die Leistungselektronik 15 ist dabei mit ihrem Inverter 16 in Längsrichtung des Elektromotors 14 angeordnet. Außerdem ist das Getriebe 18 hierbei beispielsweise parallel zu der Leistungselektronik 15 und dem Elektromotor 14 vorgesehen. Außerdem ist zusätzlich wenigstens ein Teil oder die gesamte Lagesensoreinrichtung 28 in Längsrichtung des Elektromotors 14 angeordnet, wie in 3 gezeigt ist.
Des Weiteren kann die Leistungselektronik 15 auf einer Seite des Getriebes 18 vorgesehen werden und der Elektromotor 14 auf der anderen Seite des Getriebes 18, wie in 3 dargestellt ist. Grundsätzlich können die Leistungselektronik 15 und der Elektromotor 14 auch auf einer Seite des Getriebes 18 z. B. in Längsrichtung des Elektromotors 14 angeordnet sein (nicht dargestellt) oder auf zwei nebeneinanderliegenden Seite des Getriebes 18 (nicht dargestellt).
Die Signale der Lagesensoreinrichtung 28 zur Bestimmung der Rotorposition des Elektromotors 14 werden über die Auswerteeinrichtung 29 ausgewertet. Die Lagesensoreinrichtung 28 weist als einen Rotorpositions- oder Lagesensor 30 beispielsweise einen Drehgeber oder einen anderen geeigneten Sensor oder eine Kombination von Sensoren auf, zur direkten und/oder indirekten Bestimmung der Rotorposition des Elektromotors 14. Mittels der Auswerteinrichtung 29, wie z. B. einem Mikrocontroller, werden die Signale der Lagersensoreinrichtung 28 ausgewertet.
Bei der in 3 gezeigten Anordnung, sind die Leistungselektronik 15 mit ihrem Inverter 16, die Lagesensoreinrichtung 28 und die Auswerteeinrichtung 29 auf einer Seite des Getriebes 18 angeordnet, während der Elektromotor 14 auf anderen Seite, beispielsweise gegenüberliegenden Seite, des Getriebes 18 angeordnet ist. Die Reihenfolge aus Leistungselektronik 15, Getriebe 18 und Elektromotor 14 ist in 3 rein schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Gleiches gilt für nachfolgende 4.
Wenigstens ein erster Teil 31, insbesondere ein beweglich oder drehend vorgesehener zu detektierende Teil, der Lagesensoreinrichtung 28, ist zur Bestimmung der Position des Rotors des Elektromotors 14 direkt auf einer Welle 32 des Elektromotors 14, hier der Motorwelle, angeordnet, um sich mit dieser zu bewegen oder zu drehen, wie in 3 gezeigt ist. Der erste Teil 31 der Lagesensoreinrichtung 28 ist beispielweise eine Kodierscheibe, eine Strichscheibe, eine Magnetscheibe, ein Magnetelement usw.. Statt auf einer Welle des Elektromotors 14 oder jeder anderen Welle des Getriebes 18, kann das erste Teil 31 der Lagesensoreinrichtung 28 auch an einem Zahnrad vorgesehen werden. Statt den vorgenannten Kodierscheiben, Strichscheiben, Magnetelementen usw. kann als erster oder zu detektierender Teil 31 der Lagesensoreinrichtung 28 beispielsweise auch eine Zahnradflanke eines Zahnrads genutzt werden.
Ein zweiter Teil 33, insbesondere ein zu dem ersten Teil 31 stationärer oder feststehender Teil, der Lagesensoreinrichtung 28 ist beispielsweise auf einer Platine oder Leiterplatte 34 der Leistungselektronik 15 vorgesehen. Der zweite Teil 33 der Lagesensoreinrichtung 28 ist dabei beispielsweise der Lagesensor, wie z. B. ein Drehgeber. Der Drehgeber kann wiederum beispielsweise ein Inkrementalgeber, ein Absolutwertgeber usw. sein. Die Erfindung ist dabei auf die genannten Beispiele für das erste und zweite Teil 31, 33 der Lagesensoreinrichtung 28 nicht beschränkt.
Wie zuvor beschrieben kann wenigstens das erste oder zu detektierende Teil 31 der Lagesensoreinrichtung 28 auch an einer beliebigen Welle 32 des Getriebes 18 angeordnet sein, wie in nachfolgender 4 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, oder an einem Zahnrad 36 des Getriebes 18 angekoppelt sein, wie in nachfolgender 4 mit einer gepunkteten Linie angedeutet ist.
Die Auswerteeinrichtung 29 zum Auswerten der Signale der Lagesensoreinrichtung 28, wie z. B. ein Mikrocontroller, kann in die Leistungselektronik 15 integriert sein, wie in 3 dargestellt ist. Ebenso kann die Auswerteeinrichtung 29 auch als separates Teil ausgebildet sein, wie in nachfolgender 4 gezeigt ist, und beispielsweise möglichst nahe an der Leistungselektronik 15 und/oder dem Elektromotor 14 vorgesehen sein.
In dem Ausführungsbeispiel in 3 ist die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 14 und dem Inverter 16 der Leistungselektronik 15 beispielsweise direkt über wenigstens ein Stanzgitter 35 realisiert. Alternativ können beispielsweise auch die Wicklungsdrähte 38 des Elektromotors 14 direkt mit dem Inverter 16 der Leistungselektronik 15 verbunden werden, wie in 3 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist. In beiden Fällen kann dadurch auf eine Verkabelung von Elektromotor 14 und Inverter 16 verzichtet werden.
In 4 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung der Leistungselektronik 15, des Elektromotors 14, des Getriebes 18 und der Fahrzeugachse 17 der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 gezeigt.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform, ist die Leistungselektronik 15 mit ihrem Inverter 16 und die Auswerteeinrichtung 29, z. B. ein Mikrocontroller, statt wie in 3 in Längsrichtung in radialer Richtung oder Querrichtung des Elektromotors 14 angeordnet. Wenigstens ein Teil oder die gesamte Lagesensoreinrichtung 28 können dabei ebenfalls radial zu dem Elektromotor 14 angeordnet werden, wie in 4 dargestellt ist.
Wie zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben, kann auch in 4 wenigstens ein erster Teil 31 der Lagesensoreinrichtung 28, insbesondere ein beweglich oder drehend vorgesehener Teil der Lagesensoreinrichtung 28, zur Bestimmung der Position des Rotors des Elektromotors 14 direkt auf einer Welle 32 oder einem Zahnrad 36 des Elektromotors 14 oder dem mit diesem verbundenen Getriebe 18 angeordnet sein, um sich mit der Welle 32 bzw. dem Zahnrad 36 zu bewegen oder zu drehen. Der zugeordnete Lagesensor 30 kann dabei in der Auswerteeinrichtung 29 auf einer Platine oder Leiterplatte 37 vorgesehen werden, wie in 4 gezeigt ist.
Der erste oder zu detektierende Teil 31 der Lagesensoreinrichtung 28 ist beispielweise eine Kodierscheibe, eine Strichscheibe, eine Magnetscheibe, ein Magnetelement usw.. Der erste Teil 31 kann beispielsweise statt auf der Motorwelle des Elektromotors 14, wie in 4 gezeigt ist, oder einer Welle des Getriebes 18, wie in 4 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist, auch an einem Zahnrad 36 des Getriebes 18 vorgesehen werden, wie mit einer gepunkteten Linie in 4 angedeutet ist und durch einen zweiten Teil 33, wie einen Lagesensor 30 detektiert werden. Statt den vorgenannten Kodierscheiben, Strichscheiben, Magnetelementen usw. kann als erster Teil 31 der Lagesensoreinrichtung 28 beispielsweise auch eine Zahnradflanke eines Zahnrads 36 des Getriebes 18 genutzt werden.
Der zweite Teil 33, insbesondere ein zu dem ersten Teil 31 stationärer oder feststehender Teil, der Lagesensoreinrichtung 28 ist beispielsweise auf einer Platine oder Leiterplatte der Leistungselektronik 15 (nicht dargestellt) vorgesehen oder auf einer Platine oder Leiterplatte 37 der Auswerteeinrichtung 29, wie in 4 mit einer strichpunktieren Linie angedeutet ist zum Detektieren des zugeordneten gepunktet oder gestrichelt dargestellten ersten Teils 31 der Lagesensoreinrichtung in 4. Der zweite Teil 33 der Lagesensoreinrichtung 28 ist dabei beispielsweise der Lagesensor 30, wie z. B. ein Drehgeber oder ein anderer geeigneter Sensor usw..
In dem Ausführungsbeispiel in 4 ist die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 14 und dem Inverter 16 der Leistungselektronik 15, wie zuvor in 3, ebenfalls direkt über wenigstens ein Stanzgitter 35 realisiert. Alternativ können beispielsweise auch die Wicklungsdrähte 38 des Elektromotors 14 direkt mit dem Inverter 16 der Leistungselektronik 15 verbunden werden, wie zuvor in 3. In beiden Fällen kann dadurch auf eine Verkabelung von Elektromotor 14 und dem Inverter 16 verzichtet werden. Da die Leistungselektronik 15 in dem Ausführungsbeispiel in 4 direkt an dem Elektromotor 14 angeordnet ist, ohne das Getriebe 18 dazwischen, kann beispielsweise ein besonders kurzes Stanzgitter 35 zum Verbinden von Elektromotor 14 und Leistungselektronik 15 vorgesehen werden. Gleiches gilt für die Anbindung der Wicklungsdrähte 38 des Elektromotors 14 an die Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16. Auch hier kann die Anbindung verkürzt werden, da kein Getriebe 18 zwischen dem Elektromotor 14 und der Leistungselektronik 15 positioniert ist, was überbrückt werden müsste.
Statt auf zwei gegenüberliegenden Seiten, wie in 3 gezeigt, oder auf derselben Seite, wie in 4 gezeigt, können der Elektromotor 14 und die Leistungselektronik 15 auch z. B. auf zwei nebeneinander liegenden Seiten des Getriebes 18 angeordnet werden (nicht dargestellt). Die Auswerteeinrichtung 29 kann dabei in die Leistungselektronik 16 integriert sein, wie in 3 gezeigt ist, oder als separates Teil z. B. zwischen dem Elektromotor 14 und der Leistungselektronik 15 angeordnet sein, wie in 4 gezeigt ist.
Da bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen, die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor 14 und der Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 entweder direkt über wenigstens ein Stanzgitter 35 realisiert und/oder die Wicklungsdrähte 38 des Elektromotors 14 direkt mit der Leistungselektronik 15 und deren Inverter 16 verbunden werden, können die Leistungselektronik 15 und der Elektromotor 14 beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden, wie zuvor in 2 beispielhaft gezeigt ist. Die Auswerteeinrichtung 29 kann dabei als Teil der Leistungselektronik 16 oder als separates Teil ebenfalls in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden, wie zuvor beispielhaft in 2 gezeigt ist.
Des Weiteren können Schnittstellen für Stecker, Kabel, Sensorkabel usw., sowie Gehäusedurchführungen eingespart werden. Hierdurch kann außerdem die Montage vereinfacht und ein robusteres Design bereitgestellt werden. Des Weiteren kann Gewicht reduziert und Herstellungskosten gesenkt werden.
Die Leistungselektronik 15 kann hierbei neben dem Inverter 16, der Auswerteeinrichtung 29 und wenigstens einem Teil der Lagesensoreinrichtung 28, wenigstens eine weitere Elektronikeinrichtung aufweisen, wie beispielsweise einen Aktor, ein Leistungsmodul, einen Filter, und/oder einen Treiberbaustein usw..
Der Vorteil besteht darin, dass die Leistungselektronik 15 entsprechend den 3 und 4 in den dort gezeigten Einbauvarianten innerhalb der integrierten elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung 12 angeordnet werden kann. Dabei kann der zur Ermittlung der Rotorposition benötigte Lagesensor 30 in die Leistungselektronik 15 integriert werden, indem er auf einer Platine oder Leiterplatte 34 der Leistungelektronik 15 befestigt wird.
Bei beiden in den 3 und 4 gezeigten Anordnungen kann der Verkabelungsaufwand minimiert werden und sowohl die Sensoranbindung als auch die Verbindung zwischen Elektromotor 14 und Leistungselektronik 15 besonders kompakt und günstig ausgeführt werden.
Durch die Leistungsverbindung zwischen dem Elektromotor 14 und der Leistungselektronik 15 über wenigstens ein Stanzgitter 35 oder über Wicklungsdrähte 38 des Elektromotors 14 können Fertigungsschritte eingespart und Fehlerquellen bei der Montage und im Betrieb reduziert werden. Ebenso kann die Anzahl an benötigten Bauteilen reduziert werden. Außerdem werden Schnittstellen und Materialübergänge vereinfacht.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere können die zuvor anhand der 2 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, insbesondere einzelne Merkmale davon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011080038 A1 [0003]

Claims

Elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung (12), welche wenigstens eine Fahrzeugachse (17) aufweist, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind, und wobei die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung (12) außerdem folgende Komponenten (21) aufweist: ein Getriebe (18, 21), welches mit der Fahrzeugachse (17, 21) verbunden ist, einen Elektromotor (14, 21), welcher mit dem Getriebe (18, 21) gekoppelt ist zum Übertragen eines Drehmoments auf die Fahrzeugachse (17, 21) und die mit der Fahrzeugachse (17, 21) verbunden Fahrzeugräder, eine Leistungselektronik (15, 16, 21), wobei die Leistungselektronik (15) einen Inverter (16) aufweist, welcher mit dem Elektromotor (14, 21) verbunden ist, zum Speisen des Elektromotors mit elektrischer Energie, wobei die Komponenten (14, 15, 18, 21) zueinander benachbart angeordnet sind und einen gemeinsamen Kühlkreislauf (13) aufweisen zum Kühlen der Komponenten (14, 15, 18, 21).
Fahrzeugachsenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens zwei Komponenten (14, 15, 18, 21) der Fahrzeugachsenvorrichtung (12) in einem gemeinsamen Gehäuse (19) angeordnet sind und wobei vorzugsweise wenigstens eine zusätzliche Trennwand (20) in dem gemeinsamen Gehäuse (19) vorsehbar ist zum zumindest teilweisen Abschirmen wenigstens einer Komponente gegen die Gehäuseumgebung.
Fahrzeugachsenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kühlkreislauf (13) derart ausgebildet ist, dass er das Kühlmittel sequentiell und/oder parallel durch die Komponenten (14, 15, 18, 21) der Fahrzeugachsenvorrichtung (12) führt, wobei die Komponenten (21) bei einer sequentiellen Führung des Kühlmittels vorzugsweise derart angeordnet sind, dass das Kühlmittel zuerst zu der Leistungselektronik (15) oder dem Elektromotor (14) und am Ende dem Getriebe (18) zugeführt wird, wobei das Getriebe (18) und/oder der Elektromotor (14) mittels des Öls kühlbar und schmierbar ist.
Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei das Gehäuse (19) passiv und/oder aktiv kühlbar ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (19) an seiner Außenseite mit wenigstens einer Kühlrippe (23) ausgebildet ist für eine passive Kühlung des Gehäuses, und wobei das Gehäuse (19) für eine aktive Kühlung wenigstens eine Kühlmitteldüse (26) aufweist, welche wenigstens einen Bereich der Innenseite des Gehäuses (19) mit Kühlmittel ansprüht und/oder wenigstens ein Gebläse (27) aufweist, welches wenigstens einen Bereich der Außenseite des Gehäuses (19) zur Kühlung mit Luft anbläst.
Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Kühlmittel Öl, vorzugsweise Getriebeöl, vorgesehen ist.
Fahrzeugachsenvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Kühlkreislauf (13) mit einer Ölpumpe (22) verbunden ist, welche Öl als Kühlmittel aus einem Ölsumpf (24) durch den Kühlkreislauf (13) pumpt, wobei die Ölpumpe (22) vorzugsweise drehzahlunabhängig vorgesehen ist, und wobei die Ölpumpe (22) und/oder der Ölsumpf (24) insbesondere in dem Gehäuse (19) vorsehbar sind.
Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei ein Stator und/oder ein Rotor des Elektromotors (14) mittels des Öls kühlbar ausgebildet sind, wobei insbesondere wenigstens eine Düse im Bereich der Rotorwicklungen des Elektromotors (14) vorgesehen und mit dem Kühlkreislauf (13) verbunden ist zum Besprühen der Rotorwicklungen mit Öl und/oder wobei der Rotor mit einer Hohlwelle ausgebildet ist, durch welche Öl des Kühlmittelkreislaufs zur Kühlung des Rotors hindurchleitbar ist.
Fahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (1) insbesondere ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein Brennstoffzellenfahrzeug ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung (12) mit einem Seitenantrieb versehen ist zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse in dem Fahrzeug (1) mittels der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung (12) zur Ausbildung eines Allradantriebs.