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Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen Kraftwagen, umfassend eine Synchronmaschine, welche einen Rotor und einen Stator aufweist, welche in einem Maschinengehäuse der Synchronmaschine aufgenommen sind, und welche Bürstenelemente aufweist, welche mit einer Rotorwelle des Rotors jeweilige elektrische Kontakte bilden. Das Antriebssystem umfasst des Weiteren eine Leistungselektronik, welche stromleitend mit den Bürstenelementen verbunden ist, um den Rotor über die Bürstenelemente mit Erregerstrom zu versorgen.
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Aus der
DE 10 2011 055 137 A1 ist eine Synchronmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs bekannt, welche einen Stator mit einer Statorwicklung und einen Rotor mit Permanentmagneten, die einen die Statorwicklung durchsetzenden Magnetfluss erzeugen, bekannt. Der Rotor umfasst eine Felderregerwicklung und eine berührungslose Energieübertragungseinrichtung für eine berührungslose Energieübertragung zur Energieversorgung der Felderregerwicklung mit einem, mit dem Rotor drehfest verbundenen ersten Übertragungselement und einem feststehenden zweiten Übertragungselement.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Antriebssystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches besonders flexibel einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht aus von einem Antriebssystem für einen Kraftwagen, umfassend eine Synchronmaschine, welche einen Rotor und einen Stator aufweist, welche in einem Maschinengehäuse der Synchronmaschine aufgenommen sind, und welche Bürstenelemente aufweist, welche mit einer Rotorwelle des Rotors jeweilige elektrische Kontakte bilden. Das Antriebssystem umfasst zudem eine Leistungselektronik, welche stromleitend mit den Bürstenelementen verbunden ist, um den Rotor über die Bürstenelemente mit Erregerstrom zu versorgen. Der Kraftwagen kann beispielsweise als EV (electric vehicle), HEV (hybrid electric vehicle), also als Hybridfahrzeug, oder als PHEV (plug-in hybrid electric vehicle), also mit anderen Worten als Steckdosenhybrid, ausgebildet sein.
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Um ein besonders flexibel einsetzbares Antriebssystem zu schaffen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bürstenelemente und die elektrischen Kontakte außerhalb des Maschinengehäuses der Synchronmaschine angeordnet sind und die Leistungselektronik ein Leistungselektronik-Gehäuse aufweist, welches die Bürstenelemente und die elektrischen Kontakte zumindest bereichsweise umschließt. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein sogenannter nasslaufender Betrieb der Synchronmaschine ermöglicht ist, bei welchem der Rotor und oder der Stator mit einem Medium, beispielsweise Öl, geschmiert bzw. gekühlt werden können, ohne dass hierdurch die Gefahr eines Kurzschlusses infolge eines Benetzens der Bürstenelemente und zusätzlich oder alternativ der elektrischen Kontakte mit dem Medium besteht. Das Antriebssystem ist daher besonders flexibel einsetzbar, zumal durch die Anordnung der Bürstenelemente und der elektrischen Kontakte außerhalb des Maschinengehäuses ein derartiges Benetzen wirksam unterbunden und damit die Gefahr des Kurzschlusses im Bereich der Kontakte bzw. Bürstenelemente ausgeschlossen werden kann. Die erhöhte Flexibilität besteht insbesondere darin, dass bei dem vorliegenden Antriebssystem je nach Bedarf alternativ zu einem trockenen Betrieb der Synchronmaschine der nasslaufende Betrieb der Synchronmaschine ermöglicht ist. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann die Synchronmaschine also insbesondere als nasslaufende, fremderregte Synchronmaschine betrieben werden.
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Dadurch, dass das Leistungselektronik-Gehäuse die Bürstenelemente und die elektrischen Kontakte zumindest bereichsweise umschließt sind die Bürstenelemente und die elektrischen Kontakte wirksam vor Umgebungseinflüssen geschützt, auch wenn sich die Bürstenelemente und die elektrischen Kontakte außerhalb des Maschinengehäuses der Synchronmaschine befinden. Durch das Umschließen der Bürstenelemente und der elektrischen Kontakte durch das Leistungselektronik-Gehäuse können die Bürstenelemente und die elektrischen Kontakte in die Leistungselektronik integriert sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebssystem ein Dichtelement, durch welches zumindest ein Wellenbereich der Rotorwelle, an welchem die elektrischen Kontakte ausgebildet sind, unter Ausbildung eines Dichtsitzes mit der Rotorwelle durchgeführt und in einen Gehäuseraum des Leistungselektronik-Gehäuses eingeführt ist, wobei das Dichtelement dichtend zumindest an dem Maschinengehäuse der Synchronmaschine anliegt. Dies ist von Vorteil, da das Dichtelement, welches beispielsweise als Wellendichtring ausgebildet sein kann, auf besonders einfache und zugleich wirksame Weise im Falle des nasslaufenden Betriebs der Synchronmaschine einen Eintritt des Mediums in den Gehäuseraum unterbinden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebssystem ein Gehäuse, in welchem zumindest jeweilige Gehäusebereiche des Maschinengehäuses und des Leistungselektronik-Gehäuses aufgenommen sind, und in welchem ein Differentialgetriebe des Antriebssystems und zumindest eine Übersetzungsstufe des Antriebssystems, über welche das Differentialgetriebe mit der Rotorwelle drehmomentübertragend gekoppelt ist, angeordnet sind. Dies ist von Vorteil, da das Antriebssystem durch das Differentialgetriebe und die Übersetzungsstufe eine besonders hohe Funktionalität aufweist und damit besonders flexibel einsetzbar ist um beispielsweise jeweilige Antriebsräder einer Achse des Kraftwagens anzutreiben.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Antriebssystem zur Integration in ein, durch eine Verbrennungskraftmaschine antreibbares Getriebe eines Kraftwagens ausgebildet und die Rotorwelle umfasst einen Anschluss, über welchen die Rotorwelle drehmomentübertragend mit zumindest einer Getriebewelle des Getriebes koppelbar ist. Dies ist von Vorteil, da das Antriebssystem hierdurch flexibel zum Antreiben des Getriebes und damit jeweiliger Antriebsräder des beispielsweise als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftwagens einsetzbar ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinrichtung, welche einen Rotor, einen Stator und eine Leistungselektronik zur Versorgung des Rotors mit Erregerstrom über jeweilige Bürsten, umfasst;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Variante eines Antriebssystems;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Variante des Antriebssystems, wobei ein Differentialgetriebe und zumindest eine Übersetzungsstufe des Antriebssystems in einem Gehäuse des Antriebssystems angeordnet sind; und
- 4 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Variante des Antriebssystems, welches zur Integration in ein, durch eine Verbrennungskraftmaschine antreibbares Getriebe ausgebildet ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Antriebseinrichtung. Die Antriebseinrichtung umfasst eine Synchronmaschine 110, welche einen Stator 120 mit mehreren Wickelköpfen 122, einen Rotor 112 und eine mit dem Rotor 112 gekoppelte Welle 114 aufweist. Die Wickelköpfe 122 sind Teil einer Statorwicklung des Stators 120. Die Welle 114 ist über jeweilige Lager 116, 118 an einem Gehäuse 138 der Synchronmaschine 110 drehbar gelagert. Über die Welle 114 können hier nicht weiter gezeigte Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs angetrieben werden. In dem Gehäuse 138 der Synchronmaschine 110 sind jeweilige Bürsten 124, 126 angeordnet und mit der Welle 114 kontaktiert, sodass die Bürsten 124, 126 jeweilige Kontakte 128, 130 mit der Welle 114 ausbilden. Die Bürsten 124, 126 sind über jeweilige Leitungen 132, 134 stromleitend mit einer Leistungselektronik 136 der Antriebseinrichtung verbunden, wobei die Leistungselektronik 136 außerhalb des Gehäuses 138 angeordnet ist. Über die Leitungen 132, 134, die Bürsten 124, 126 sowie die Kontakte 128, 130 kann die Welle 114 und damit der Rotor 112 von der Leistungselektronik 136 mit Erregerstrom versorgt werden. Durch die Anordnung der Bürsten 124, 126 sowie der Kontakte 128, 130 in dem Gehäuse 138 besteht die Gefahr, dass es zu einem Kurzschluss im Bereich der Bürsten 124, 126 bzw. der Kontakte 128, 130 kommt, wenn die Synchronmaschine 110 als nasslaufende Synchronmaschine betrieben wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 10 für einen vorliegend nicht weiter dargestellten Kraftwagen.
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Das Antriebssystem 10 umfasst eine Synchronmaschine 20, welche einen Rotor 30 und einen Stator 40 aufweist, welche jeweils in einem Maschinengehäuse 22 der Synchronmaschine 20 aufgenommen sind. Der Stator 40 weist jeweilige Wickelköpfe 42 auf, welche Teil einer Statorwicklung des Stators 40 sind.
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Die Synchronmaschine 20 weist des Weiteren Bürstenelemente 50, 52 auf, welche mit einer Rotorwelle 32 des Rotors 30 jeweilige elektrische Kontakte 54, 56 bilden. Die Rotorwelle 32 ist über jeweilige Lager 24, 26 drehbar an dem Maschinengehäuse 22 gelagert.
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Das Antriebssystem 10 umfasst zudem eine Leistungselektronik 70, welche über hier nicht weiter gezeigte Leitungselemente stromleitend mit den Bürstenelementen 50, 52 verbunden ist, um den Rotor 30 über die Bürstenelemente 50, 52 an den jeweiligen elektrischen Kontakten 54, 56 mit Erregerstrom zu versorgen. Dadurch kann die Synchronmaschine 20 als fremderregte Synchronmaschine betrieben werden.
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Um die Synchronmaschine 20 je nach Bedarf als trockenlaufende oder als nasslaufende Synchronmaschine betreiben zu können und damit das Antriebssystem 10 besonders flexibel einsetzen zu können, sind die Bürstenelemente 50, 52 und die elektrischen Kontakte 54, 56 außerhalb des Maschinengehäuses 22 der Synchronmaschine 20 angeordnet und die Leistungselektronik 70 weist ein Leistungselektronik-Gehäuse 72 auf, welches die Bürstenelemente 50, 52 und die elektrischen Kontakte 54, 56 zumindest bereichsweise umschließt.
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Das Antriebssystem 10 umfasst ein Dichtelement 14, durch welches zumindest ein Wellenbereich 34 der Rotorwelle 32, an welchem die elektrischen Kontakte 54, 56 ausgebildet sind, unter Ausbildung eines Dichtsitzes mit der Rotorwelle 32 durchgeführt und in einen Gehäuseraum 74 des Leistungselektronik-Gehäuses 72 eingeführt ist, wobei das Dichtelement 14 dichtend zumindest an dem Maschinengehäuse 22 der Synchronmaschine 20 anliegt.
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3 und 4 zeigen jeweils Varianten des Antriebssystems 10, wobei 3 und 4 in wesentlichen Teilen die Inhalte von 2 verdeutlichen, weshalb infolgedessen nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
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In der in 3 gezeigten Variante des Antriebssystems 10 kann dieses in eine elektrisch antreibbare Achse des Kraftwagens integriert sein und der Kraftwagen beispielsweise als BEV (battery electric vehicle = Elektroauto), HEV (hybrid electric vehicle = Hybridfahrzeug) oder PHEV (plug-in hybrid electric vehicle = Steckdosenhybrid) ausgebildet sein. In der in 3 gezeigten Variante des Antriebssystems 10 umfasst dieses ein Gehäuse 12, in welchem zumindest jeweilige Gehäusebereiche des Maschinengehäuses 22 und des Leistungselektronik-Gehäuses 72 aufgenommen sind, und in welchem ein Differentialgetriebe 80 des Antriebssystems 10 und eine Übersetzungsstufe 84 des Antriebssystems 10, über welche das Differentialgetriebe 80 mit der Rotorwelle 32 drehmomentübertragend gekoppelt ist, angeordnet sind. Die Übersetzungsstufe 84 ist vorliegend als Zahnradpaarung ausgebildet und umfasst ein über eine Welle 85 drehmomentübertragend mit der Rotorwelle 32 gekoppeltes Zahnrad 86 sowie ein mit dem Zahnrad 86 in Eingriff stehendes, weiteres Zahnrad 88. Die Welle 85 ist über ein Lager 89 drehbar an dem Gehäuse 12 gelagert. Das weitere Zahnrad 88 kann drehfest an einer Getriebewelle 92 aufgenommen sein, welche mit dem Differentialgetriebe 80 gekoppelt ist. Die Getriebewelle 92 ist über ein Lager 91 an dem Gehäuse 12 drehbar gelagert. Über die Übersetzungsstufe 84 kann das Differentialgetriebe 80 mittels der Synchronmaschine 20 angetrieben werden. Das Differentialgetriebe 80 ermöglicht jeweilige, vorliegend durch jeweilige Pfeile symbolisierte Leistungsübertragungen 97 an jeweilige Antriebsräder des Kraftwagens.
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In der in 4 gezeigten Variante des Antriebssystems 10 kann dieses als getriebeintegriertes Maschinen-System ausgebildet sein, wobei der Kraftwagen als HEV (hybrid electric vehicle = Hybridfahrzeug) oder PHEV (plug-in hybrid electric vehicle = Steckdosenhybrid) ausgebildet sein kann. In der in 4 gezeigten Variante des Antriebssystems 10 ist dieses zur Integration in ein, durch eine Verbrennungskraftmaschine 100 antreibbares Getriebe 90 des Kraftwagens ausgebildet. Die Rotorwelle 32 umfasst dabei einen Anschluss 36, über welchen die Rotorwelle 32 drehmomentübertragend mit zumindest der Getriebewelle 92 des Getriebes 90 koppelbar ist. Das Getriebe 90 umfasst jeweilige Kupplungen 93, 94 und jeweilige Ganggruppen 95, 96. Der Ganggruppe 95 sind dabei jeweilige gerade Gänge des Getriebes 90 und ein Rückwärtsgang des Getriebes 90 zugeordnet, wohingegen der Ganggruppe 96 jeweilige ungerade Gänge des Getriebes 90 zugeordnet sind. Das Getriebe 90 kann durch die Verbrennungskraftmaschine 100 und zusätzlich oder alternativ durch die Synchronmaschine 20 angetrieben werden, wobei über das Getriebe 90 die Leistungsübertragung 97 zu den jeweiligen Rädern (Antriebsräder) des Kraftwagens erfolgen kann. Um das Getriebe 90 durch die Verbrennungskraftmaschine 100 anzutreiben, wird eine der Kupplungen 93, 94 geschlossen.
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Zusammenfassend ermöglicht das vorliegende Antriebssystem 10 eine Integration der Bürstenelemente 50, 52, welche auch als Bürsten bezeichnet werden können, sowie der Kontakte 54, 56 in die Leistungselektronik 70 bzw. in das Leistungselektronik-Gehäuse 72. Dadurch kann die Synchronmaschine 20 mit einem gegebenenfalls aber nicht ausschließlich nasslaufenden Konzept (integriert in eine elektrische Achse des Kraftwagens oder integriert in das Getriebe 90) verwendet werden. Die Leistungselektronik 70 und deren Leistungselektronik-Gehäuse 72 können vorliegend an dem Wellenbereich 34 und damit seitlich an der Synchronmaschine 20 in das Leistungselektronik-Gehäuse 72 bzw. in die Leistungselektronik 70 integriert sein. Durch das Dichtelement 14 kann die Gesamtintegration der Bürstenelemente 50, 52 bzw. der elektrischen Kontakte 54, 56 verbessert und jeweilige Vorteile der fremd erregten Synchronmaschine 20 auf besonders günstige Weise ausgenutzt werden. Zu diesen Vorteilen zählen beispielsweise reduzierte Verluste im Leerlauf und Teillastbetrieb. Das Antriebssystem 10 kann auch in einem 48 V-Antrieb des Kraftwagens genutzt werden, wobei die Bürstenelemente 50, 52 sowie die elektrischen Kontakte 54, 56, welche Schnittstellen zwischen der Leistungselektronik 70 und der Synchronmaschine 20 bilden, wirksam vor Umgebungseinflüssen bzw. im Falle des nasslaufenden Konzepts vor einer Benetzung mit einem Medium geschützt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebssystem
- 12
- Gehäuse
- 14
- Dichtelement
- 20
- Synchronmaschine
- 22
- Maschinengehäuse
- 24
- Lager
- 26
- Lager
- 30
- Rotor
- 32
- Rotorwelle
- 34
- Wellenbereich
- 36
- Anschluss
- 40
- Stator
- 42
- Wickelkopf
- 50
- Bürstenelement
- 52
- Bürstenelement
- 54
- Kontakt
- 56
- Kontakt
- 70
- Leistungselektronik
- 72
- Leistungselektronik-Gehäuse
- 74
- Gehäuseraum
- 80
- Differentialgetriebe
- 84
- Übersetzungsstufe
- 85
- Welle
- 86
- Zahnrad
- 88
- Zahnrad
- 89
- Lager
- 90
- Getriebe
- 91
- Lager
- 92
- Getriebewelle
- 93
- Kupplung
- 94
- Kupplung
- 95
- Ganggruppe
- 96
- Ganggruppe
- 97
- Leistungsübertragung
- 100
- Verbrennungskraftmaschine
- 110
- Synchronmaschine
- 112
- Rotor
- 114
- Welle
- 116
- Lager
- 118
- Lager
- 120
- Stator
- 122
- Wickelkopf
- 124
- Bürste
- 126
- Bürste
- 128
- Kontakt
- 130
- Kontakt
- 132
- Leitung
- 134
- Leitung
- 136
- Leistungselektronik
- 138
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011055137 A1 [0002]
