DE102019106617A1

DE102019106617A1 - Elektrische Baueinheit mit elektrisch isoliertem Gehäuse; sowie Antriebsstrangeinheit

Info

Publication number: DE102019106617A1
Application number: DE102019106617.4A
Authority: DE
Inventors: Philipp Eichhorn; Dominik Weis
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-09-17
Also published as: CN111688504A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Baueinheit (1) für einen hybriden oder rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit zumindest einer elektronischen Komponente (2a, 2b, 2c) sowie einem die zumindest eine elektronische Komponente (2a, 2b, 2c) zur Umgebung hin umgebenden, elektrisch isolierend wirkenden Gehäuse (3), wobei das aus einem Aluminiumwerkstoff bestehende Gehäuse (3) mit einer Aluminiumoxidschicht (4) versehen ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Antriebsstrangeinheit mit dieser elektrischen Baueinheit (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Baueinheit für einen hybriden oder einen rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugantriebsstrang, d. h. einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, mit zumindest einer elektronischen Komponente sowie einem die zumindest eine elektronische Komponente zur Umgebung hin umgebenden, elektrisch isolierend wirkenden / elektrisch isoliertem Gehäuse. Auch betrifft die Erfindung eine Antriebsstrangeinheit mit dieser elektrischen Baueinheit.
Gattungsgemäßer Stand der Technik ist bspw. aus der DE 20 2016 104 500 U1 bekannt, womit eine Komponente einer elektrischen Maschine offenbart ist, die mit einer elektrischen Isolierschicht versehen ist.
Es besteht nun allgemein hinsichtlich des Einsatzbereiches von Kraftfahrzeugantriebssträngen die Anforderung, zur Isolation vorgesehene Isolier- / Luftspalte möglichst zu reduzieren, um dadurch zusätzlichen Bauraum zu gewinnen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Baueinheit zur Verfügung zu stellen, die in ihrem Aufbau noch kompakter umgesetzt ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das aus einem Aluminiumwerkstoff bestehende Gehäuse mit einer Aluminiumoxidschicht versehen ist.
Die somit als elektrische Isolierschicht umgesetzte Aluminiumoxidschicht kann in ihrer Ausprägung besonders dünn gewählt werden, wobei dennoch die geforderte elektrische Isolation / Durchschlagsfestigkeit bewerkstelligt ist. Zugleich weist die Aluminiumoxidschicht eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit auf, um eine seitens der elektronischen Komponente entstehende Wärme abzuführen. Dadurch ist eine besonders leistungsfähige Baueinheit zur Verfügung gestellt.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Die Aluminiumoxidschicht ist vorteilhafterweise durch Anodisieren, insbesondere Eloxieren, umgesetzt.
Auch ist es von Vorteil, wenn eine erste elektronische Komponente als eine elektrische Maschine ausgebildet ist. Dadurch ist die elektrische Isolierung durch das Gehäuse besonders wirksam.
Diesbezüglich ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die elektrische Maschine nasslaufend ausgebildet ist. Dadurch wird die Kühlung der elektrischen Maschine weiter verbessert.
Die elektrische Maschine ist auf typische Weise als ein Antriebsmotor / Motor und/oder als ein Generator umgesetzt / schaltbar.
Ist eine zweite elektronische Komponente als eine Leistungselektronik ausgebildet, ist auch eine Leistungselektronik sicher zur Umgebung hin mit isoliert.
Demnach ist es auch von Vorteil, wenn eine dritte elektronische Komponente als ein stromführendes Verbindungselement ausgebildet ist.
Um die Isolation besonders effektiv auszubilden, ist das Gehäuse weiterhin zweckmäßigerweise auf der der zumindest einen elektronischen Komponente zugewandten Seite (vorzugsweise einer Innenseite) mit der Aluminiumoxidschicht versehen.
Sind zumindest zwei elektronische Komponenten vorgesehen und in einem gemeinsamen Gehäusebereich des Gehäuses oder in zumindest zwei voneinander elektrisch isolierten Gehäusebereichen angeordnet, lässt sich das Gehäuse besonders bauraumintensiv nutzen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Antriebsstrangeinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Baueinheit nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.
Weiterhin ist es diesbezüglich zweckmäßig, wenn eine elektrische Maschine (erste elektronische Komponente) der elektrischen Baueinheit mit einer Triebwelle gekoppelt oder koppelbar ist. Die Triebwelle kann bspw. eine Eingangs- oder Ausgangswelle eines Getriebes der Antriebsstrangeinheit sein.
In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß eine bauraumneutrale elektrische Isolation eines Gehäuses umgesetzt. Eine Oberfläche des Aluminiumgehäuses ist oxidiert, um somit eine als Isolationsschicht dienende Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche zu bilden. Die Oxidierung wird vorzugsweise mittels anodischer Behandlung umgesetzt. Beispielsweise ist das Gehäuse als Gehäuse einer elektrischen Maschine oder ein Gehäuse einer Leistungselektronik in einem hybriden oder einem elektrischen Antriebsstrang eingesetzt.
Die Erfindung wird nun nachfolgend mittels einer Figur näher erläutert.
Es zeigt die einzige 1 eine schematische Ansicht einer elektrischen Baueinheit nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
Mit 1 ist eine stark vereinfachte erfindungsgemäße elektrische Baueinheit 1 nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Baueinheit 1 ist auf typische Weise in einem (hybriden) Antriebsstrang eines hybriden Kraftfahrzeuges eingesetzt. Alternativ ist sie als Baueinheit 1 für einen rein elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges gemäß weiteren Ausführungen realisiert.
Die Baueinheit 1 weist mehrere elektronische Komponenten 2a, 2b, 2c auf, welche elektronische Komponenten 2a, 2b, 2c jeweils eine Teileinheit der Baueinheit 1 bildet.
Eine erste elektronische Komponente 2a weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektrische Maschine 5 auf. Die elektrische Maschine 5 weist weiterhin einen hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten (gehäusefest aufgenommenen) Stator sowie einen Rotor, der relativ zu dem Stator verdrehbar gelagert ist, auf. Die elektrische Maschine 5 ist über eine weitere (dritte) elektronische Komponente 2c elektrisch mit einer weiteren (zweiten) elektronischen Komponente 2b verbunden. Die zweite elektronische Komponente 2b ist als Leistungselektronik 6 umgesetzt. Als Verbindungsstrecke zwischen der ersten und der zweiten elektronischen Komponente 2a, 2b ist ein stromführendes Verbindungselement 7 in Form der dritten elektronischen Komponente 2c vorhanden. Die Leistungselektronik 6 wirkt im Betrieb auf typische Weise auf die elektrische Maschine 5 ein und steuert diese entsprechend unterschiedlicher Steuersignale. Prinzipiell ist es auch möglich gemäß weiteren Ausführungen die Baueinheit 1 nur mit einer oder zwei der drei elektronischen Komponenten 2a, 2b, 2c auszustatten. Auch sind in weiteren Ausführungen mehr als drei elektronische Komponenten 2a, 2b, 2c in der Baueinheit 1 vorhanden.
Die elektronischen Komponenten 2a, 2b, 2c sind schließlich von einem Gehäuse 3 umhaust / in diesem Gehäuse 3 aufgenommen. Das Gehäuse 3 ist aus einem Aluminiumwerkstoff, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse 3 mit einer Aluminiumoxidschicht 4 versehen. Die Aluminiumoxidschicht 4 bildet unmittelbar eine Oberflächenschicht des Gehäuses 3. Die Aluminiumoxidschicht 4, wie in dem Ausführungsbeispiel durch eine gestrichelte Linie dargestellt, ist an seiner den elektronischen Komponenten 2a, 2b, 2c zugewandten Seite (Innenseite) mit der Aluminiumoxidschicht 4 ausgestattet. Die Aluminiumoxidschicht 4 ist durch Anodisieren / Eloxieren an der Innenseite des Gehäuses 3 hergestellt. Die Aluminiumoxidschicht 4 bildet somit eine elektrische Isolationsschicht an dem Gehäuse 3 aus, um die elektronischen Komponenten 2a, 2b, 2c zur Umgebung des Gehäuses 3 hin elektrisch zu isolieren.
Gemäß weiteren Ausführungen ist es auch sinnvoll, wenn jede der mehreren elektronischen Komponenten 2a, 2b, 2c von ihrem eigenen Gehäuse 3 umgeben ist, wobei die Gehäuse 3 der unterschiedlichen elektronischen Komponenten 2a, 2b, 2c versetzt zueinander angeordnet sind. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführung ist es auch sinnvoll, wenn die elektronischen Komponenten 2a, 2b, 2c gemeinsam in dem Gehäuse 3, jedoch in voneinander elektrisch / magnetisch voneinander entkoppelt / isolierten Gehäusebereichen des Gehäuses 3 angeordnet sind.
Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass die elektrische Maschine 5 in dieser Ausführung nasslaufend umgesetzt ist, gemäß weiteren Ausführungen jedoch prinzipiell auch trockenlaufend realisierbar ist.
In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß Aluminiumoxid als elektrischer Isolator eingesetzt, das sich durch eine gute Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Durch die oberflächige Oxidation eines Aluminiumgehäuses 3 entsteht somit eine isolierende Schicht 4. Dies kann im Besonderen durch Eloxieren erreicht werden. Bei diesem Verfahren lässt sich die Schichtdicke entsprechend der benötigten Durchschlagsfestigkeit einstellen. Bei der Anwendung dieser Art der Isolation im Rahmen von Hybridanwendungen, im Speziellen für die Gehäuse 3 der elektrischen Maschine 5 und der Leistungselektronik 6, wird eine bauraumneutrale Isolationsschicht 4 erzeugt, wodurch, ohne das Einbringen von weiteren Bauteilen mit dem Zweck der Isolation, der Abstand zwischen stromführenden Bauteilen und Gehäuse 3 auf ein Minimum reduziert werden kann. Dadurch können die Luftstrecken reduziert und ein kürzerer axialer Bauraum erreicht werden. Weiterhin ist durch diese Art der Isolation die Wärmeleitung ausgehend von den elektrischen Komponenten 2a, 2b, 2c zum und aus dem Gehäuse 3 möglich, wodurch eine Kühlung der Komponenten 2a, 2b, 2c im Vergleich zu anderen Isolatoren nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Die Erzeugung der Oxidschicht 4 auf dem Gehäuse 3 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Eloxieren ermöglicht eine elektrische Isolation. Es ist vorteilhaft die Dicke der Oxidschicht 4 hierbei entsprechend der benötigten Durchschlagsspannung einzustellen. Gegenüber dem Einbringen eines Isolators, zum Beispiel in Form eines Polymers, zeigt die Isolation durch eine Oxidschicht 4, zusätzlich zu dem geringeren Bauraumbedarf, den Vorteil, dass die thermische Leitfähigkeit weiterhin gegeben ist, welches sich vorteilhaft auf die Kühlung des Systems auswirken kann. Die erfindungsgemäße Baueinheit 1 kann für jegliche Gehäuse 3 von E-Maschinen 5, Generatoren oder einer Leistungselektronik 6, sowie deren stromführenden Verbindungselementen 7, insbesondere bei Anwendungen für Hybridantriebe, verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Baueinheit
2a: erste elektronische Komponente
2b: zweite elektronische Komponente
2c: dritte elektronische Komponente
3: Gehäuse
4: Aluminiumoxidschicht
5: elektrische Maschine
6: Leistungselektronik
7: Verbindungselement

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 202016104500 U1 [0002]

Claims

Elektrische Baueinheit (1) für einen hybriden oder rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit zumindest einer elektronischen Komponente (2a, 2b, 2c) sowie einem die zumindest eine elektronische Komponente (2a, 2b, 2c) zur Umgebung hin umgebenden, elektrisch isolierend wirkenden Gehäuse (3), dadurch gekennzeichnet, dass das aus einem Aluminiumwerkstoff bestehende Gehäuse (3) mit einer Aluminiumoxidschicht (4) versehen ist.
Elektrische Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektronische Komponente (2a) als eine elektrische Maschine (5) ausgebildet ist.
Elektrische Baueinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (5) nasslaufend ausgebildet ist.
Elektrische Baueinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (5) als ein Antriebsmotor und/oder als ein Generator umgesetzt ist.
Elektrische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektronische Komponente (2b) als eine Leistungselektronik (6) ausgebildet ist.
Elektrische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte elektronische Komponente (2c) als ein Verbindungselement (7) ausgebildet ist.
Elektrische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) auf der der zumindest einen elektronischen Komponente (2a, 2b, 2c) zugewandten Seite mit der Aluminiumoxidschicht (4) versehen ist.
Elektrische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei elektronische Komponenten (2a, 2b, 2c) vorgesehen sind und in einem gemeinsamen Gehäusebereich des Gehäuses oder in zumindest zwei voneinander elektrisch isolierten Gehäusebereichen angeordnet sind.
Antriebsstrangeinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einer elektrischen Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Antriebsstrangeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (5) der elektrischen Baueinheit (1) mit einer Triebwelle gekoppelt oder koppelbar ist.