DE102018216037A1

DE102018216037A1 - Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102018216037A1
Application number: DE102018216037.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Fröhlich; Isao Fukumoto
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: DE102018216037B4; US20210273523A1; WO2020057921A1; CN112673558A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer einen Stator (16) und einen von dem Stator (16) antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator (16) drehbaren Rotor (18) aufweisenden elektrischen Maschine (12) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, und mit wenigstens einem von dem Rotor (18) antreibbaren Lüfterrad (26), mittels welchem durch Antreiben des Lüfterrads (26) Luft zum Kühlen zumindest eines Teilbereiches (T1, T2) der elektrischen Maschine (12) zu fördern ist, umfassend: wenigstens ein elektrisches Bauelement (32), über welches die elektrische Maschine (12) mit elektrischer Energie versorgbar ist; und wenigstens einen Wärmetauscher (36), welcher von der mittels des Lüfterrads (26) geförderten Luft umströmbar und von einer über den Wärmetauscher (36) mittels der den Wärmetauscher (36) umströmenden Luft zu kühlenden Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, mittels welcher das elektrische Bauelement (32) zu kühlen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.
Die DE 10 2010 026 682 A1 offenbart eine elektrische Maschine, mit einem Rotor und mit einem Stator mit umfänglich angeordneter Statorwicklung aus einem elektrisch leitenden Material. Außerdem ist ein Gehäuse mit einer ersten und einer zweiten sich in Umfangsrichtung erstreckenden Öffnung vorgesehen, wobei stirnseitig am Rotor ein Lüfter angeordnet ist.
Aus der EP 0 418 027 B1 ist ein Ventilator für eine rotierende elektrische Maschine bekannt. Zu dem Ventilator gehört eine drehbare Welle sowie ein mit der Welle verbundener Rotor. Außerdem ist ein belüftetes Gehäuse zur Aufnahme der Welle und des Rotors vorgesehen.
Der EP 1 627 458 B1 ist eine drehende elektrische Maschine als bekannt zu entnehmen. Die elektrische Maschine umfasst ein Gehäuse, das mit mindestens einem vorderen Lager und mit einem hinteren Lager versehen ist. Im Inneren des Gehäuses ist ein Stator angeordnet, auf dem mindestens eine Statorwicklung sitzt.
Des Weiteren offenbart die EP 1 929 611 B1 ein Lüftungssystem für eine elektrische Drehmaschine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Leistungsfähigkeit auf besonders bauraumgünstige Weise realisiert werden kann können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen und dabei insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet sein kann. Die Antriebseinrichtung umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere elektrisch, angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist somit beispielsweise als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV), ausgebildet. Die elektrische Maschine weist wenigstens einen Stator und wenigstens einen Rotor auf, welcher von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Maschinendrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Über den Rotor kann die elektrische Maschine beispielsweise Drehmomente zum, insbesondere elektrischen, Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Mittels der Drehmomente kann beispielsweise wenigstens ein Rad oder können mehrere Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden.
Die elektrische Maschine weist darüber hinaus wenigstens ein von dem Rotor antreibbares Lüfterrad auf, mittels welchem durch Antreiben des Lüfterrads Luft zum Kühlen zumindest eines Teilbereiches der elektrischen Maschine zu fördern ist, das heißt gefördert werden kann. Das Lüfterrad ist beispielsweise durch Antreiben des Lüfterrads um eine Lüfterraddrehachse relativ zu dem Stator drehbar. Die Lüfterraddrehachse fällt beispielsweise in der Maschinendrehachse zusammen, sodass beispielsweise das Lüfterrad koaxial zum Rotor angeordnet ist. Insbesondere ist es denkbar, dass das Lüfterrad drehfest mit dem Rotor, insbesondere drehfest mit einer Rotorwelle des Rotors, verbunden ist, sodass dann, wenn der Rotor von dem Stator angetrieben und dadurch um die Maschinendrehachse gedreht wird, das Lüfterrad um die Lüfterraddrehachse relativ zu dem Stator gedreht wird. Hierdurch wird mittels des Lüfterrads Luft gefördert. Mittels der Luft wird zumindest der Teilbereich der elektrischen Maschine gekühlt.
Um nun eine besonders große Leistungsfähigkeit auf besonders bauraumgünstige Weise realisieren zu können, weist die Antriebseinrichtung erfindungsgemäß wenigstens ein elektrisches Bauelement auf, über welches die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbar ist. Das elektrische Bauelement ist somit eine Leistungselektronik oder Bestandteil einer Leistungselektronik, über welche die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Durch Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie ist die elektrische Maschine beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, mittels welchem das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Bei dem Motorbetrieb wird der Rotor von dem Stator angetrieben.
Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung wenigstens einen Wärmetauscher, welcher von der mittels des Lüfterrads geförderten Luft umströmbar ist. Mit anderen Worten, wird mittels des Lüfterrads die Luft gefördert, so strömt die Luft beispielsweise durch den Teilbereich beziehungsweise die Luft umströmt den Teilbereich, wodurch zumindest der Teilbereich der elektrischen Maschine mittels der Luft gekühlt wird. Außerdem umströmt die Luft, welche mittels des Lüfterrads gefördert wird, den Wärmetauscher, sodass beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Wärmetauscher an die den Wärmetauscher umströmende Luft erfolgen kann beziehungsweise erfolgt. Der Wärmetauscher ist außerdem von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar, wobei die Kühlflüssigkeit über den Wärmetauscher mittels der den Wärmetauscher umströmenden Luft zu kühlen ist, das heißt gekühlt werden kann. Hierzu erfolgt beispielsweise ein Wärmeübergang von der den Wärmetauscher durchströmenden Kühlflüssigkeit an den Wärmetauscher, und es erfolgt der zuvor beschriebene Übergang von dem Wärmetauscher an die den Wärmetauscher umströmende Luft, wodurch die Kühlflüssigkeit über den Wärmetauscher mittels der den Wärmetauscher umströmenden Luft gekühlt wird beziehungsweise gekühlt werden kann. Mittels der Kühlflüssigkeit ist das elektrische Bauelement zu kühlen. Somit kann beispielsweise ein Wärmeübergang von dem elektrischen Bauelement an die Kühlflüssigkeit erfolgen, wodurch das elektrische Bauelement mittels der Kühlflüssigkeit und schließlich mittels der Luft gekühlt wird. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente, effektive und bauraumgünstige Kühlung der elektrischen Maschine realisiert werden, sodass eine besonders große Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine und somit der Antriebseinrichtung insgesamt auf bauraumgünstige Weise dargestellt werden kann.
Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise zumindest einen Teil des Bauelements direkt an- und/oder umströmen und somit direkt berühren, sodass ein effizienter und vorteilhafter Wärmeübergang von dem Bauelement an die Kühlflüssigkeit realisierbar ist. Ferner ist es denkbar, dass ein Wärmeübertrager vorgesehen ist, welcher von der Kühlflüssigkeit durchströmbar ist. Der Wärmeübertrager ist beispielsweise eine separat von dem Bauelement und/oder separat von dem Wärmetauscher ausgebildete, zusätzlich zu dem Wärmetauscher und/oder zusätzlich zu dem Bauelement vorgesehene Komponente, wobei das Bauelement über den Wärmeübertrager mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt werden kann. Hierzu erfolgt beispielsweise, insbesondere konduktiv, ein Wärmeübergang von dem Bauelement an den Wärmeübertrager. Außerdem erfolgt ein Wärmeübergang von dem Wärmeübertrager an die Kühlflüssigkeit.
Die Antriebseinrichtung, insbesondere die elektrische Maschine, weist beispielsweise wenigstens oder genau einen Luftpfad auf, welcher von der mittels des Lüfterrads geförderten beziehungsweise zu fördernden Luft durchströmbar ist. Dies bedeutet, dass die Luft den Luftpfad durchströmt, wenn die Luft mittels des Lüfterrads gefördert wird. Dabei sind zumindest der Teilbereich und der Wärmetauscher in dem Luftpfad angeordnet. Bezogen auf eine Strömungsrichtung der den Luftpfad durchströmenden Luft ist beispielsweise der Teilbereich stromauf oder aber stromab des Wärmetauschers angeordnet. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher stromauf des Teilbereichs angeordnet, um eine besonders effektive und effiziente Kühlung des elektrischen Bauelements realisieren zu können.
Insgesamt ist erkennbar, dass bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung eine Luftkühlung der elektrischen Maschine mit einer Flüssigkeitskühlung des elektrischen Bauelements kombiniert ist. Einerseits können dadurch die Teileanzahl, die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf der Antriebseinrichtung besonders gering gehalten werden. Andererseits können übermäßige Temperaturen sowohl des Teilbereichs beziehungsweise der elektrischen Maschine als auch des elektrischen Bauelements vermieden werden, sodass eine besonders hohe Leistungsfähigkeit darstellbar ist. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde:

Moderne Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, werden mit Elektromotoren oder Elektromotoranordnungen ausgestattet und sind mittels der Elektromotoranordnungen antreibbar. Die jeweilige Elektromotoranordnung umfasst beispielsweise wenigstens oder genau eine elektrische Maschine zum, insbesondere elektrischen, Antreiben des jeweiligen Fahrzeugs. Außerdem umfasst die jeweilige Elektromotoranordnung üblicherweise eine Leistungselektronik zum Bereitstellen von elektrischen Phasenströmen für die jeweilige elektrische Maschine. Somit ist die jeweilige elektrische Maschine über die jeweilige Leistungselektronik mit den elektrischen Phasenströmen versorgbar. Bedingt durch die physikalischen Eigenschaften der jeweiligen elektrischen Maschine und der Leistungselektronik entstehen beim Betrieb der jeweiligen Elektromotoranordnung Verlustleistungen in der elektrischen Maschine und in der Leistungselektronik, wobei die Verlustleistungen in Form von Abwärme zur Temperaturerhöhung in der Elektromotoranordnung führen können. Eine hohe Eigentemperatur der jeweiligen Elektromotoranordnung kann zu einem Leistungsverlust der elektrischen Maschine und in extremen Fällen sogar zu einem Ausfall der Leistungselektronik führen.

Um dies zu vermeiden, ist die Abwärme während des Betriebs der Elektromotoranordnung abzuführen, bevor die Abwärme Schäden in der Elektromotoranordnung verursachen kann. Eine solche, besonders vorteilhafte Wärmeabfuhr kann bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung auf besonders bauraumgünstige Weise sowie auf besonders effiziente und effektive Weise realisiert werden. Mit anderen Worten ermöglicht die zuvor beschriebene Kombination aus Luftkühlung und Kühlflüssigkeitskühlung eine effektive und effiziente Abfuhr von Abwärme.
Üblicherweise ist entweder eine reine Luftkühlung oder entweder eine reine Kühlflüssigkeitskühlung vorgesehen. Im Gegensatz dazu ist bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung eine Kombination aus Luftkühlung und Kühlflüssigkeitskühlung vorgesehen, da zumindest der Teilbereich der elektrischen Maschine mittels Luft und das elektrische Bauelement mittels der Kühlflüssigkeit gekühlt wird. Hierdurch ist eine effiziente Kühlung sowohl der elektrischen Maschine als auch des elektrischen Bauelements bei gleichzeitig besonders geringem Platzbedarf realisierbar. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise als eine elektrische Asynchronmaschine oder aber als eine elektrische Synchronmaschine ausgebildet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmetauscher in einem geschlossenen, von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlkreislauf angeordnet. Hierdurch kann auf bauraumgünstige Weise eine besonders effektive und effiziente Kühlung gewährleistet werden.
Um in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Wärmetauscher und somit von dem elektrischen Bauelement abführen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung wenigstens ein Förderelement zum Fördern der Kühlflüssigkeit aufweist. Somit ist das Förderelement vorzugsweise in dem zuvor genannten Kühlkreislauf angeordnet. Durch Antreiben des Förderelements kann mittels des Förderelements die Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf und somit durch den Wärmetauscher gefördert werden.
Um eine besonders effektive und effiziente Wärmeabfuhr gewährleisten zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Förderelement, insbesondere zumindest teilweise oder vorzugsweise zumindest überwiegend oder besonders vorzugsweise vollständig, innerhalb des Wärmetauschers angeordnet ist.
Um dabei auf besonders einfache, bauraum- und kostengünstige Weise das Förderelement antreiben und in der Folge eine effektive und effiziente Kühlung gewährleisten zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zum Fördern der Kühlflüssigkeit das Förderelement von dem Rotor berührungslos mittels magnetischer Kräfte antreibbar und dadurch auch um eine Förderelementdrehachse bezeichnete Drehachse relativ zu dem Wärmetauscher drehbar ist. Vorzugsweise fällt die Förderelementdrehachse mit der Maschinendrehachse und/oder mit der Lüfterraddrehachse zusammen, sodass das Förderelement beispielsweise koaxial zu dem Rotor und/oder koaxial zu dem Lüfterrad angeordnet ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Antriebseinrichtung wenigstens oder genau einen drehfest mit dem Rotor, insbesondere mit der Rotorwelle, verbundenen Magneten aufweist, mittels welchem die magnetischen Kräfte zum Antreiben des Förderelements bereitstellbar sind beziehungsweise bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist der Magnet als ein Permanentmagnet ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist der Magnet als ein Ringmagnet ausgebildet. Der Magnet ist beispielsweise drehfest mit dem Rotor, insbesondere mit der Rotorwelle, verbunden. Insbesondere dann, wenn der Magnet als Ringmagnet ausgebildet ist, ist der Magnet beispielsweise auf der Rotorwelle angeordnet, wodurch der Bauraumbedarf insbesondere in axialer Richtung der elektrischen Maschine besonders gering gehalten werden kann.
Der Magnet ist dazu ausgebildet, die magnetischen Kräfte bereitzustellen. Das Förderelement ist dazu ausgebildet, mit den von dem Magneten bereitgestellten magnetischen Kräfte wechselzuwirken, wodurch dann, wenn der Rotor, insbesondere die Rotorwelle, und somit der Magnet angetrieben und somit, insbesondere um die Maschinendrehachse, relativ zu dem Stator gedreht werden, das Förderelement mittels der magnetischen Kräfte angetrieben wird. Das Förderelement wird somit nach Art eines aus der Chemie bekannten Rührfisches magnetisch angetrieben, ohne dass eine mechanische Verbindung zwischen dem Förderelement und dem Rotor vorgesehen ist. Unter dem Merkmal, dass das Förderelement berührungslos mittels der magnetischen Kräfte von dem Rotor antreibbar ist, ist zu verstehen, dass das Förderelement zumindest bezogen auf das Förderelement und auf den Rotor berührungslos angetrieben werden kann. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt kann das Förderelement von dem Rotor mittels der magnetischen Kräfte angetrieben werden, ohne dass der Rotor das Förderelement berührt, das heißt ohne dass das Förderelement mechanisch mit dem Rotor gekoppelt ist.
Durch die berührungslose Antreibbarkeit des Förderelements kann dieses auf besonders einfache, bauraum- und kostengünstige Weise innerhalb des Wärmetauschers angeordnet und von dem außerhalb des Wärmetauschers angeordneten Rotor angetrieben werden, ohne dass bauraum- und kostenintensive Abdichtmaßnahmen erforderlich sind.
Um eine besonders effektive und effiziente Kühlung auf bauraumgünstige Weise zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Wärmetauscher ein Gehäuse des elektrischen Bauelements direkt berührt. Hierdurch kann beispielsweise eine besonders effektive und effiziente Wärmeabfuhr von dem elektrischen Bauelement realisiert werden, da beispielsweise Wärme durch Konduktion von dem Gehäuse direkt an den Wärmetauscher übergehen kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebseinrichtung wenigstens ein separat von dem elektrischen Bauelement und separat von dem Wärmetauscher ausgebildetes, zusätzlich zu dem Wärmetauscher und zusätzlich zu dem elektrischen Bauelement vorgesehenes Kontaktelement umfasst, welches einerseits den Wärmetauscher und andererseits das Gehäuse des elektrischen Bauelements direkt berührt. Somit ist der Wärmetauscher unter Vermittlung des beispielsweise als Kontaktplatte ausgebildeten Kontaktelements wärmeübertragend mit dem Gehäuse gekoppelt, sodass der Wärmetauscher das Gehäuse nicht direkt berührt.
Berührt bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Wärmetauscher das Gehäuse des Bauelements direkt, so ist der Wärmetauscher direkt, das heißt ohne Vermittlung eines zusätzlichen Elements, wärmeübertragend mit dem Gehäuse gekoppelt, sodass der Bauraumbedarf und die Teileanzahl besonders gering gehalten werden können. Die thermische Kopplung des Wärmetauschers mit dem Gehäuse über das zusätzlich dazu vorgesehene Kontaktelement ermöglicht jedoch eine besonders großflächige und somit besonders vorteilhafte, wärmeübertragende Kopplung des Wärmetauschers über das Kontaktelement mit dem Gehäuse, sodass in kurzer Zeit eine besonders hohe Wärmemenge von dem Bauelement abtransportiert werden kann.
Vorzugsweise berührt der Wärmetauscher beziehungsweise das Kontaktelement zumindest einen überwiegenden Teil einer dem Wärmetauscher beziehungsweise dem Kontaktelement zugewandten Fläche des Gehäuses, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Wärmetauscher beziehungsweise das Kontaktelement die gesamte, dem Wärmetauscher beziehungsweise dem Kontaktelement zugewandte Fläche des Gehäuses berührt.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Kontaktelement zumindest einen überwiegenden Teil einer dem Kontaktelement zugewandten Fläche des Wärmetauschers berührt. Vorzugsweise berührt das Kontaktelement die gesamte, dem Kontaktelement zugewandte Fläche des Wärmetauschers. Dadurch kann eine besonders effiziente und effektive Kühlung gewährleistet werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmetauscher ein Lagerschild, an welchem der Rotor drehbar gelagert ist, direkt berührt. Dadurch kann beispielsweise durch Konduktion ein vorteilhafter Wärmeübergang von dem Wärmetauscher an das Lagerschild erfolgen, sodass sich eine besonders effektive und effiziente Kühlung auf platzsparende Weis darstellen lässt.
Um den Bauraumbedarf besonders gering halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Lüfterrad als ein Radiallüfterrad ausgebildet ist. Mit anderen Worten bildet dabei das Lüfterrad eine als Radialpumpe ausgebildete Pumpe, mittels welcher die Luft gefördert werden kann. Ist das Lüfterrad als ein Radiallüfterrad ausgebildet, so strömt die Luft in radialer Richtung des Lüfterrads von dem Lüfterrad ab, wenn die Luft mittels des Lüfterrads gefördert wird. Beispielsweise strömt die Luft, wenn sie mittels des Lüfterrads gefördert wird, das Lüfterrad in axialer Richtung des Lüfterrads an, wird dann beispielsweise umgelenkt, sodass dann die Luft das Lüfterrad in radialer Richtung des Lüfterrads abströmt. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit zumindest Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, aufweist. Dadurch kann in kurzer Zeit eine besonders große Wärmemenge abtransportiert werden. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Kühlflüssigkeit zumindest ein Öl und/oder zumindest einen Alkohol, insbesondere Glykol. Insbesondere ist es denkbar, dass die Kühlflüssigkeit zumindest nahezu vollständig aus Wasser beziehungsweise Öl gebildet ist. Durch die Ausgestaltung der Kühlflüssigkeit als ein Öl kann eine unerwünschte elektrische Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit vermieden werden. Der zuvor genannte Alkohol, insbesondere das Glykol, ist ein Additiv, welches beispielsweise bei geringen Umgebungstemperaturen ein unerwünscht frühes Einfrieren der Kühlflüssigkeit verhindern kann.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das elektrische Bauelement als ein Stromrichter, insbesondere als ein Inverter, ausgebildet ist. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere elektrische Bauelemente wie Stromrichter während eines Betriebs von elektrischen Maschinen besonders heiß werden können, sodass eine Kühlflüssigkeitskühlung eines solchen Stromrichters besonders vorteilhaft ist, um auf bauraumgünstige Weise eine besonders hohe Leistungsfähigkeit gewährleisten zu können.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug weist wenigstens oder genau eine Antriebseinrichtung, insbesondere wenigstens oder genau eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, auf. Die Antriebseinrichtung weist wenigstens eine elektrische Maschine zum, insbesondere elektrischen, Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator und einen von dem Stator antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator drehbaren Rotor. Außerdem umfasst die Antriebseinrichtung wenigstens ein von dem Rotor antreibbares Lüfterrad, mittels welchem durch Antreiben des Lüfterrads Luft zum Kühlen zumindest eines Teilbereichs der elektrischen Maschine zu fördern ist.
Um nun eine besonders effektive und effiziente Kühlung auf besonders bauraumgünstige Weise und somit eine besonders hohe Leistungsfähigkeit auf bauraumgünstige Weise realisieren zu können, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung wenigstens ein, insbesondere der elektrischen Maschine zugeordnetes, elektrisches Bauelement aufweist, über welches die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgbar ist. Des Weiteren ist bei dem zweiten Aspekt der Erfindung wenigstens ein Wärmetauscher vorgesehen, welcher von der mittels des Lüfterrads geförderten Luft umströmbar und von einer über den Wärmetauscher mittels der den Wärmetauscher umströmenden Luft zu kühlenden Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, mittels welcher das elektrische Bauelement zu kühlen ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, vorzugsweise größer als 12 Volt (V) ist und beispielsweise mindestens 48 V beträgt oder größer als 48 V, insbesondere größer als 50 V, ist. Vorzugsweise beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebsspannung, mehrere hundert Volt um besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können.
Weitere, der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnisse sind: Bei einer Luftkühlung kann ein simples Prinzip genutzt werden. Ein beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildeter Kühlkörper berührt eine zu kühlende Fläche, zum Beispiel eine Oberfläche eines elektronischen Bauteils eines insbesondere als Inverter ausgebildeten Stromrichters. Hitze, die sich in dem elektronischen Bauteil entwickelt, wird dabei zum Großteil von dem Kühlkörper aufgenommen, damit die Bauteile nicht überhitzen. Somit kann vorgesehen sein, dass das elektrische Bauelement als ein elektronisches Bauteil ausgebildet ist. Die Wärme verteilt sich dann im Material des auch als Kühler bezeichneten Kühlkörpers. An seitlichen Flächen kann die Wärme dann an die umgebende Luft abgegeben werden. In der Regel wird dann noch ein Lüfter genutzt, der die Luft in Bewegung versetzt, sodass die warme Luft abwandern und neue, kühlere Luft herangeschafft werden kann. Um die Kühlleistung zu steigern, nutzt man in der Regel eine Art Sockel, der einen direkten Kontakt mit den zu kühlenden Bauteilen hat, und darauf aufgesetzt den eigentlichen Kühlkörper, der beispielsweise zahlreiche Lamellen und/oder Kühlrippen aufweisen kann.
Auf diese Weise kann auf relativ kleinem Raum eine extrem große Kühlkörper-Fläche erzeugt werden. Dies ist insbesondere gegenüber der Verwendung eines massiven Klotzes effizienter. Durch den Einsatz von Kühlrippen kann eine große Fläche geschaffen werden, die Kontakt zur Luft hat, ohne die grundlegenden Dimensionen des Kühlkörpers zu verändern. Je mehr Fläche vorhanden ist, desto mehr Wärme kann potenziell an die Luft abgegeben werden. Eine solche Luftkühlung kann kostengünstig verwirklicht werden. Das Prinzip einer auch als Wasserkühlung bezeichneten Kühlflüssigkeitskühlung basiert darauf, dass die Wärme beispielsweise über einen auch als Kühlflüssigkeitskreislauf bezeichneten Kühlkreislauf, insbesondere über einen Wasserkreislauf, abtransportiert wird. Eine Pumpe kann dafür sorgen, dass die beispielsweise als Wasser ausgebildete oder zumindest oder ausschließlich Wasser umfassende Kühlflüssigkeit zu wenigstens einem Kühlkörper gelangt, der am zu kühlenden Bauteil befestigt ist. Das Wasser nimmt Wärme von dem Bauteil beziehungsweise von dem Kühlkörper auf und fließt dann weiter zu dem Wärmetauscher.
Der Wärmetauscher nimmt die Wärme der beispielsweise als Wasser ausgebildeten Kühlflüssigkeit auf, das die Wärme vorher vom eigentlich zu kühlenden Bauteil abgeholt hat. Danach strömt das Wasser wieder zurück in Richtung Pumpe und gelangt erneut zum Kühlkörper. Der Kreislauf ist dann vollendet beziehungsweise geschlossen. Der Wärmetauscher gibt die Wärme, die er dem Wasser entnommen hat, wiederum an Luft, insbesondere Umgebungsluft, ab. Dabei wird er meist von einem oder mehreren Lüftern unterstützt, denn die Wärme um den Wärmetauscher herum muss schließlich weggefördert werden. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Kombination einer Luftkühlung mit eine Kühlflüssigkeitskühlung kann eine effektive und effiziente Kühlung der Antriebseinrichtung auf bauraum- und kostengünstige Weise dargestellt werden.
Bei konventioneller Luftkühlung erhitzen die elektronischen Bauelemente, insbesondere eines Stromrichters, einen ausreichend dimensionierten Kühlkörper mit großer Oberfläche in der Form von Kühlrippen. Über diese bläst ein Ventilator einen Luftstrom, um die Wärme möglichst schnell abzuführen. Luft ist in alltäglichen Umgebungen unbegrenzt vorhanden und lässt sich mittels des Ventilators unkompliziert zuführen und abtransportieren. Gegenüber Luft ist eine Kühlflüssigkeit wie beispielsweise Wasser besonders vorteilhaft, da eine besonders hohe Wärmekapazität hat und somit mehr thermische Energie aufnehmen kann als die gleiche Menge an Luft. Um beispielsweise 1 Liter Wasser um 1°C zu erwärmen, sind 4180 J erforderlich. Um die gleiche Energie mit Luft aufzunehmen, sind schon 1,18 m³ Luft erforderlich, die mittels eines Lüfters beziehungsweise mittels eines Ventilators gefördert werden muss.
Der Wärmetauscher stellt eine besonders vorteilhafte Schnittstelle zu dem elektrischen Bauelement dar. Der Wärmetauscher liegt beispielsweise gut belüftet außerhalb des Gehäuses des Bauelements in dem auch als Luftstrom bezeichneten Luftpfad, welcher von der mittels des Lüfterrads geförderten Luft durchströmbar ist. Dadurch kann besonders vorteilhaft Wärme von der Kühlflüssigkeit an den Wärmetauscher und von dem Wärmetauscher an die Luft übergehen.
Um beispielsweise das elektrische Bauelement besonders vorteilhaft mittels der Kühlflüssigkeit kühlen zu können, strömt die Kühlflüssigkeit beispielsweise zumindest durch einen Teil des elektrischen Bauelements, sodass Wärme von dem elektrischen Bauelement an die Kühlflüssigkeit übergehen kann. Alternativ dazu ist es denkbar, dass wenigstens ein von der Kühlflüssigkeit durchströmbarer Wärmeübertrager vorgesehen ist, welcher zumindest mittelbar, insbesondere direkt, wärmeübertragend mit dem elektrischen Bauelement, insbesondere mit dem Gehäuse, verbunden und von der Kühlflüssigkeit durchströmbar ist. Somit kann beispielsweise Wärme von dem elektrischen Bauelement, insbesondere von dem Gehäuse des elektrischen Bauelements, an den Wärmeübertrager von dem Wärmeübertrager an die Kühlflüssigkeit übergehen, wodurch das elektrische Bauelement gekühlt und die Kühlflüssigkeit erwärmt wird. Daraufhin kann die erwärmte Kühlflüssigkeit zu dem und durch den Wärmetauscher strömen. Dann kann Wärme von der Kühlflüssigkeit an den Wärmetauscher und von dem Wärmetauscher an die den Wärmetauscher umströmende Luft übergehen, wodurch die Kühlflüssigkeit gekühlt werden kann. In der Folge lässt sich eine besonders effektive, effiziente, bauraum- und kostengünstige Kühlung des Bauelements gewährleisten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug;
2 eine schematische Explosionsansicht der Antriebseinrichtung;
3 eine schematische und geschnittene Seitenansicht der Antriebseinrichtung;
4 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht der Antriebseinrichtung;
5 eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers der Antriebseinrichtung; und
6 eine schematische Draufsicht eines Kontaktelements der Antriebseinrichtung.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Antriebseinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen und dabei insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet sein kann. Das Kraftfahrzeug kann mittels der Antriebseinrichtung 10 elektrisch angetrieben werden, sodass das Kraftfahrzeug beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Die Antriebseinrichtung 10 weist wenigstens oder genau eine elektrische Maschine 12 auf, welche in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar ist. Um die elektrische Maschine 12 in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine 12 mit elektrischer Energie beziehungsweise mit elektrischem Strom versorgt. Hierzu weist beispielsweise das Kraftfahrzeug einen Energiespeicher zum Speicher von elektrischer Energie auf, wobei die elektrische Maschine 12 mit elektrischer Energie, die in dem Energiespeicher gespeichert ist, versorgt werden kann. Dabei sind der Energiespeicher und die elektrische Maschine 12 als Hochvolt-Komponenten ausgebildet, deren jeweilige elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, größer als 50 V ist und vorzugsweise mehrere 100 V beträgt. Dadurch können besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
Die elektrische Maschine 12 weist ein auch als Maschinengehäuse 14 bezeichnetes Gehäuse auf, in welchem ein Stator 16 und ein Rotor 18 der elektrischen Maschine 12 aufgenommen sind. Der Rotor 18 ist von dem Stator 16 antreibbar und dadurch relativ zu dem Stator 16 und relativ zu dem Maschinengehäuse 14 um eine Maschinendrehachse 20 drehbar. Der Rotor 18 weist eine Rotorwelle 22 auf, die um die Maschinendrehachse 20 relativ zu dem Stator 16 und relativ zu dem Maschinengehäuse 14 drehbar ist. Über den Rotor 18, insbesondere über die Rotorwelle 22, kann die elektrische Maschine 12 in ihrem Motorbetrieb wenigstens ein Drehmoment bereitstellen, mittels welchem das Kraftfahrzeug, insbesondere elektrisch, angetrieben werden kann.
Die elektrische Maschine 12 weist darüber hinaus wenigstens ein Lagerschild 24 auf. Der Lagerschild 24 kann einstückig mit dem Maschinengehäuse 14 ausgebildet sein, oder aber der Lagerschild 24 ist eine separat von dem Maschinengehäuse 14 und beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Maschinengehäuse 14 verbundene Komponente, welche zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend und vollständig, in dem Maschinengehäuse 14 angeordnet sein kann. Der Rotor 18 ist dabei drehbar an dem Lagerschild 24 und über den Lagerschild 24 drehbar an dem Maschinengehäuse 14 gelagert.
Die Antriebseinrichtung 10 weist darüber hinaus Lüfterräder 26 auf, welche vorliegend als Radiallüfterräder ausgebildet sind. das jeweilige Lüfterrad 26 ist von dem Rotor 18 antreibbar und hierzu insbesondre drehfest mit dem Rotor 18 verbunden, sodass das jeweilige Lüfterrad 26 um die Maschinendrehachse 20 relativ zu dem Stator 16 und relativ zu dem Maschinengehäuse 14 drehbar ist beziehungsweise gedreht wird, wenn der Rotor 18 von dem Stator 16 angetrieben wird. Durch Antreiben des jeweiligen Lüfterrads 26 ist Luft zu fördern. Mit anderen Worten, wird das jeweilige Lüfterrad 26 angetrieben und hierdurch um die Maschinendrehachse 20 relativ zu dem Maschinengehäuse 14 gedreht, so wird mittels des jeweiligen Lüfterrads 26 Luft gefördert. In 1 veranschaulichen Pfeile 28 die Luft, die mittels der Lüfterräder 26 gefördert wird. Mit anderen Worten veranschaulichen die Pfeile 28 einen jeweiligen Luftstrom, welcher beispielsweise mittels des jeweiligen Lüfterrads 26 gefördert, das heißt bewirkt wird. Das jeweilige Lüfterrad 26 saugt die Luft beziehungsweise den Luftstrom an, insbesondere über einen jeweiligen Ansaugmund der Antriebseinrichtung 10.
Das jeweilige Lüfterrad 26 fungiert somit als ein Ventilator oder als eine Pumpe, mittels welchem beziehungsweis mittels welcher die Luft gefördert wird. Da das jeweilige Lüfterrad 26 beispielsweise als ein Radiallüfterrad ausgebildet ist, ist der Ventilator ein Radialventilator beziehungsweise die Pumpe ist eine Radialpumpe. Die mittels des jeweiligen Lüfterrads 26 geförderte Luft strömt das jeweilige Lüfterrad 26 in radialer Richtung des Lüfterrads 26 ab, was in 1 durch Pfeile 30 veranschaulicht ist.
Um nun auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders hohe Leistungsfähigkeit der Antriebseinrichtung 10 realisieren zu können, weist die Antriebseinrichtung 10 wenigstens ein, vorliegend als ein Stromrichter 32 ausgebildetes elektrisches Bauelement auf, welches vorzugsweise als ein elektronisches Bauelement ausgebildet ist. Über den beispielsweise als Inverter ausgebildeten Stromrichter 32 ist beziehungsweise wird die elektrische Maschine 12 mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbar beziehungsweise versorgt, insbesondere während des Motorbetriebs der elektrischen Maschine 12. In 1 ist ein auch als Bauelementgehäuse bezeichnetes Gehäuse 34 des Stromrichters 32 besonders schematisch dargestellt, wobei in dem Gehäuse 34 wenigstens ein oder mehrere elektrische oder elektronische Bauteile des Stromrichters 32 aufgenommen sein können.
Außerdem weist die Antriebseinrichtung 10 wenigstens oder genau einen in 1 besonders schematisch dargestellten Wärmetauscher 36 auf, welcher von der mittels zumindest eines der Lüfterräder 26 geförderten Luft umströmbar und von einer über den Wärmetauscher 36 mittels der den Wärmetauscher 36 umströmenden Luft zu kühlenden Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, mittels welcher der Stromrichter 32 zu kühlen ist beziehungsweise gekühlt wird. Beispielsweise strömt die Kühlflüssigkeit durch den Stromrichter 32 und/oder durch einen Wärmeübertrager, welcher wäremübertragend mit dem Stromrichter 32 gekoppelt ist. Hierdurch kann Wärme von dem Stromrichter 32 an die Kühlflüssigkeit, insbesondere über den Wärmeübertrager, übergehen, wodurch der Stromrichter 32 gekühlt und die Kühlflüssigkeit erwärmt wird. Dann kann die Kühlflüssigkeit zu dem und durch den Wärmetauscher 36 strömen. Über den Wärmetauscher 36 kann Wärme von der Kühlflüssigkeit an die den Wärmetauscher 36 umströmende und mittels wenigstens eines der Lüfterräder 26 geförderte Luft übergehen, wodurch die Kühlflüssigkeit wieder gekühlt wird.
Mittels des jeweiligen Luftstroms kann beispielsweise ein jeweiliger Teilbereich T1 beziehungsweise T2 der elektrischen Maschine 12 gekühlt werden. Beispielsweise strömt die den Wärmetauscher 36 umströmende Luft zu dem und um den und/oder durch den Teilbereich T2, nachdem die den Wärmetauscher 36 umströmende Luft den Wärmetauscher 36 umströmt hat. Dann kann beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Teilbereich T2 an die den Wärmetauscher 36 umströmende Luft erfolgen, wodurch der Teilbereich T2 gekühlt wird.
Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass der Wärmetauscher 36 in einem geschlossenen, von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlkreislauf 38 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Antriebseinrichtung 10 wenigstens oder genau ein insbesondere in dem Kühlkreislauf 38 angeordnetes Förderelement 40, mittels welchem die Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf 38 gefördert werden kann beziehungsweise gefördert wird. Dabei ist das Förderelement 40 innerhalb des Wärmetauschers 36 angeordnet.
Zum Fördern der Kühlflüssigkeit durch den auch als Kühlflüssigkeitskreislauf bezeichneten Kühlkreislauf 38 wird das Förderelement 40 von dem Rotor 18 mittels magnetischer Kräfte angetrieben und dadurch um die Maschinendrehachse 20 relativ zu dem Wärmetauscher 36 und relativ zu dem Maschinengehäuse 14 gedreht. Hierzu ist wenigstens oder genau ein beispielsweise als Permanentmanget ausgebildeter Magnet 42 vorgesehen, welcher drehfest mit dem Rotor 18, insbesondere mit der Rotorwelle 22, verbunden ist. Der Magnet 42 ist beispielsweise auf der Rotorwelle 22 angeordnet. Mittels des Magneten 42 werden die zuvor genannten magnetischen Kräfte zum Antreiben des Förderelements 40 bereitgestellt. Die von dem Magneten 42 bereitgestellten magnetischen Kräfte können mit dem Förderelement 40 wechselwirken beziehungsweise das Förderelement 40 kann mit den von dem Magneten 42 bereitgestellten magnetischen Kräften wechselwirken, sodass dann, wenn der Magnet 42 zusammen mit der Rotorwelle 22 um die Maschinendrehachse 20 gedreht wird, das Förderelement 40 über die magnetischen Kräfte mit dem Magneten 42 mitgedreht wird, Hierdurch wird das Förderelement 40 um die Maschinendrehachse 20 gedreht, wodurch die Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf 38 gefördert wird.
Da die Teilbereiche T1 und T2 mittels der geförderten Luft zu kühlen sind beziehungsweise gekühlt werden, ist die elektrische Maschine 12 an sich luftgekühlt, das heißt als eine luftgekühlte elektrische Maschine ausgebildet.
2 zeigt die Antriebseinrichtung 10 in einer schematischen Explosionsansicht. Besonders gut aus 2 ist der Wärmetauscher 36 erkennbar. Auch besonders gut aus 2 ist das Förderelement 40 erkennbar, welches beispielsweise als in Magnetradialventilator ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Förderelement 40 beispielsweise ein Radialförderelement, welches eine Radialpumpe zum Fördern der Kühlflüssigkeit bildet. Dies bedeutet, dass die Kühlflüssigkeit dann, wenn sie mittels des Förderelements 40 gefördert wird, in radialer Richtung des Förderelements 40 von diesem abströmt. Die jeweilige radiale Richtung verläuft dabei zumindest im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen axialen Richtung und somit senkrecht zur Maschinendrehachse 20. Ferner sind aus 2 ein als Kontaktplatte 44 ausgebildetes Kontaktelement und ein Ringkanalelement 46 erkennbar, wobei das Ringkanalelement 46 beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zusammen mit der Kontaktplatte 44, einen von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Ringkanal bildet beziehungsweise begrenzt.
3 zeigt die Antriebseinrichtung 10 in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht. Dabei weist die elektrische Maschine 12 nicht nur den Lagerschild 24, sondern auch einen zweiten Lagerschild 48 auf, an welchem der Rotor 18 drehbar gelagert wird. Hierzu sind beispielsweise Lager 50 vorgesehen, welche vorliegend als Wälzlager ausgebildet sind. Über die Lager 50 ist der Rotor 18 drehbar an den Lagerschilden 24 und 48 gelagert.
Besonders gut aus 3 und 4 ist erkennbar, dass der Magnet 42 beispielsweise als ein Ringmagnet ausgebildet ist, welcher zumindest mittelbar auf der Rotorwelle 22 angeordnet und beispielsweise zumindest mittelbar drehfest mit der Rotorwelle 22 verbunden ist. 5 zeigt den Wärmetauscher 36 in einer schematischen Schnittansicht. Der Wärmetauscher 36 weist wenigstens einen von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Sammelkanal 52 und wenigstens einen von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Verteilerkanal 54 auf, welche beispielsweise zumindest über jeweilige, von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Wärmetauscherröhrchen 56 fluidisch miteinander verbunden sind. Außerdem ist der in 5 mit 58 bezeichnete und zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, durch das Ringkanalelement 46 begrenzte und von der Kühlflüssigkeit durchströmbare Ringkanal erkennbar. Während in 5 Pfeile 60 die geförderte Luft beziehungsweise deren Strömung veranschaulichen, veranschaulichen in 5 Pfeile 62 die durch den Wärmetauscher 36 und dabei durch den Kühlkreislauf 38 strömende Kühlflüssigkeit.
Aus 6 ist besonders gut die Kontaktplatte 44 erkennbar, welche wenigstens zwei in axialer Richtung einander abgewandte Kontaktflächen aufweist. Von diesen Kontaktflächen ist in 6 eine mit 64 bezeichnete und dem Wärmetauscher 36 zugewandte Kontaktfläche erkennbar. Die andere Kontaktfläche ist dem Stromrichter 32, insbesondere dem Gehäuse 34, zugewandt. Während die Kontaktfläche 64 beispielsweise den Wärmetauscher 36 direkt berührt, berührt die beispielsweise aus 2 erkennbare und dort mit 66 bezeichnete andere Kontaktfläche der Kontaktplatte 44 den Stromrichter 32, insbesondere das Gehäuse 34, direkt. Dadurch kann beispielsweise über die Kontaktplatte 44 ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang, insbesondere durch Konduktion, von dem Stromrichter 32, insbesondere von dem Gehäuse 34, an den Wärmetauscher 36 übergehen, welcher mittels der geförderten Luft gekühlt wird. Dadurch kann eine besonders effektive und effiziente Kühlung des Stromrichters 32 gewährleistet werden.
Die Kühlflüssigkeit umfasst vorzugsweise zumindest oder ausschließlich ein Öl oder Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, sodass die Kühlflüssigkeit beispielsweise auch als Wasser oder Kühlwasser bezeichnet wird. Ferner kann die Kühlflüssigkeit wenigstens ein Additiv aufweisen. Bei Additiven für Wasserkühlungen sind nicht nur die chemischen Eigenschaften wichtig, sondern auch die Umweltverträglichkeit. Geeignet hierfür ist Ethylenglykol, welches auch als Glykol bezeichnet wird. Ethylenglykol ist ein zweiwertiger Alkohol mit der chemischen Bezeichnung 1,2-Ethandiol. Glykol wird vorteilhaft als Korrosionsschutz und hat eine di-elektrische Wirkung, welche zu einem besonders vorteilhaften Wärmetransport führt. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kühlflüssigkeit zumindest Wasser und Glykol als Additiv aufweist.
Da der Wärmetauscher 36 von der Kühlflüssigkeit durchströmbar und von der Luft umströmbar ist, ist der Wärmetauscher 36 als Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet. Hierdurch ist der Wärmetauscher 36 auch bei besonders extremen Umgebungstemperaturen verwendbar. Dabei können hohe Wärmemengen beziehungsweise Wärmelasten auf engstem Raum abtransportiert werden. Ein hoher Wirkungsgrad wird durch eine große Oberfläche des Wärmetauschers 36 und eine leistungsstarke, durch die Lüfterräder 26 gebildete Lüftertechnologie erreicht.
Insgesamt ist erkennbar, dass bei der Antriebseinrichtung 10 eine Luftkühlung der Teilbereiche T1 und T2 mit einer Flüssigkeitskühlung des Stromrichters 32 kombiniert ist. Daraus resultiert ein effizientes Kühlkonzept für die Antriebseinrichtung 10 in ihrer Gesamtheit sowie ein kompaktes Gehäusekonzept. Dies ist platzsparend und erfordert einen nur geringen Wartungsaufwand. Insbesondere können zwei unabhängige Verbraucherkreise realisiert werden. Ein erster der Verbraucherkreise ist der geschlossene Kühlkreislauf 38. Der zweite Verbraucherkreis ist ein von der Luft durchströmbarer Luftkreislauf, welcher vorzugsweise ein offener Kreislauf ist.
Das auch als Stromrichtergehäuse bezeichnete Gehäuse 34 ist beispielsweise in das auch als Motorgehäuse bezeichnete Maschinengehäuse 14 und/oder in den Lagerschild 24 integriert. Der Stromrichter 32 ist eine Leistungs-, Ansteuer- und Regelelektronik oder Bestandteil einer solchen Leistungs-, Ansteuer- und Regelelektronik zum Betreiben, insbesondere zum Steuern oder Regeln, der elektrischen Maschine 12.
Das jeweilige Lüfterrad 26 ist ein motoreigenes Lüftersystem, da das jeweilige Lüfterrad 26 von dem Rotor 18 angetrieben werden kann. Für die elektrische Maschine 12 und deren Bauelemente sowie für die Bauteile des Stromrichters 32 ist eine effiziente Kühlung von besonderer Bedeutung. Bei guter Kühlung ist beispielsweise die Lebensdauer der elektrischen Maschine 12 und der elektronischen Bauteile verlängerbar. Dies kann bei der Antriebseinrichtung 10 realisiert werden.
Das vorzugsweise als Magnetventilator ausgebildete Förderelement 40 ermöglicht ein vorteilhaftes Durchmischen und Fördern der Kühlflüssigkeit in dem geschlossenen Kühlkreislauf 38, wobei dadurch, dass das Förderelement 40 mittels der magnetischen Kräfte antreibbar ist, eine mechanische Kopplung des Förderelements 40 mit dem Rotor 18 nicht vorgesehen ist. Hierdurch können Abdichtmaßnahmen und deren Probleme vermieden werden.
Zum Antreiben des Förderelements 40 bewegt beispielsweise der sich mit der Rotorwelle 22 mitdrehende und somit rotierende Magnet 42 in seinem Magnetfeld das Förderelement 40, das sich in dem Wärmetauscher 36 befindet. Die Kühlflüssigkeit sollte eine geringe Viskosität haben, um eine vorteilhafte Anbindung des Förderelements 40 an den Magneten 42 über die magnetischen Kräfte nicht durch den Widerstand der Kühlflüssigkeit übermäßig zu beeinträchtigen.
Bezugszeichenliste

10: Antriebseinrichtung
12: elektrische Maschine
14: Maschinengehäuse
16: Stator
18: Rotor
20: Maschinendrehachse
22: Rotorwelle
24: Lagerschild
26: Lüfterrad
28: Pfeil
30: Pfeil
32: Stromrichter
34: Gehäuse
36: Wärmetauscher
38: Kühlkreislauf
40: Förderelement
42: Magnet
44: Kontaktplatte
46: Ringkanalelement
48: Lagerschild
50: Lager
52: Sammelkanal
54: Verteilerkanal
56: Wärmetauscherröhrchen
58: Ringkanal
60: Pfeil
62: Pfeil
64: Kontaktfläche
66: Kontaktfläche
T1: Teilbereich
T2: Teilbereich

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 102010026682 A1 [0002]
EP 0418027 B1 [0003]
EP 1627458 B1 [0004]
EP 1929611 B1 [0005]

Claims

Antriebseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer einen Stator (16) und einen von dem Stator (16) antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator (16) drehbaren Rotor (18) aufweisenden elektrischen Maschine (12) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, und mit wenigstens einem von dem Rotor (18) antreibbaren Lüfterrad (26), mittels welchem durch Antreiben des Lüfterrads (26) Luft zum Kühlen zumindest eines Teilbereiches (T1, T2) der elektrischen Maschine (12) zu fördern ist, gekennzeichnet durch - wenigstens ein elektrisches Bauelement (32), über welches die elektrische Maschine (12) mit elektrischer Energie versorgbar ist; und - wenigstens einen Wärmetauscher (36), welcher von der mittels des Lüfterrads (26) geförderten Luft umströmbar und von einer über den Wärmetauscher (36) mittels der den Wärmetauscher (36) umströmenden Luft zu kühlenden Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, mittels welcher das elektrische Bauelement (32) zu kühlen ist.
Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (36) in einem geschlossenen, von der Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlkreislauf (38) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens ein Förderelement (40) zum Fördern der Kühlflüssigkeit.
Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement (40) innerhalb des Wärmetauschers (36) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fördern der Kühlflüssigkeit das Förderelement (40) von dem Rotor (18) berührungslos mittels magnetischer Kräfte antreibbar und dadurch um eine Drehachse (20) relativ zu dem Wärmetauscher (36) drehbar ist.
Antriebseinrichtung (10) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch wenigstens einen drehfest mit dem Rotor (18) verbundenen Magneten (42), insbesondere Permanentmagneten, mittels welchem die magnetischen Kräfte zum Antreiben des Förderelements (40) bereitstellbar sind.
Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (36) ein Gehäuse (34) des Bauelements (32) direkt berührt.
Antriebseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g e k e n n z e ich n e t durch wenigstens ein separat von dem elektrischen Bauelement (32) und separat von dem Wärmetauscher (36) ausgebildetes, zusätzlich zu dem Wärmetauscher (36) und zusätzlich zu dem elektrischen Bauelement (32) vorgesehenes Kontaktelement (44), welches einerseits den Wärmetauscher (36) und andererseits ein Gehäuse (34) des elektrischen Bauelements (32) direkt berührt.
Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (36) ein Lagerschild (24), an welchem der Rotor (18) drehbar gelagert ist, direkt berührt.
Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (26) als ein Radiallüfterrad ausgebildet ist.
Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit zumindest Wasser, insbesondere destilliertes Wasser, und/oder zumindest ein Öl und/oder zumindest einen Alkohol, insbesondere Glykol, aufweist.
Antriebseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (32) als ein Stromrichter (32) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Antriebseinrichtung (10), welche aufweist: - wenigstens eine einen Stator (16) und einen von dem Stator (16) antreibbaren und dadurch relativ zu dem Stator (16) drehbaren Rotor (18) aufweisende elektrische Maschine (12) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs; und - wenigstens ein von dem Rotor (18) antreibbares Lüfterrad (26), mittels welchem durch Antreiben des Lüfterrads (26) Luft zum Kühlen zumindest eines Teilbereiches (T1, T2) der elektrischen Maschine (12) zu fördern ist, gekennzeichnet durch - wenigstens ein elektrisches Bauelement (32), über welches die elektrische Maschine (12) mit elektrischer Energie versorgbar ist; und - wenigstens einen Wärmetauscher (36), welcher von der mittels des Lüfterrads (26) geförderten Luft umströmbar und von einer über den Wärmetauscher (36) mittels der den Wärmetauscher (36) umströmenden Luft zu kühlenden Kühlflüssigkeit durchströmbar ist, mittels welcher das elektrische Bauelement (32) zu kühlen ist.