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Die Erfindung betrifft eine kühlbare elektrische Antriebseinrichtung und eine Antriebsanordnung mit der kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind kühlbare elektrische Antriebseinrichtung bekannt, die in Antriebsanordnungen von Fahrzeugen, wie z.B. auch Hybridkraftfahrzeugen, Einsatz finden.
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Bei Betrieb einer elektrischen Antriebseinrichtung entsteht Wärme, welche die Betriebs-Temperatur der elektrischen Antriebseinrichtung erhöht, wodurch gegebenenfalls temperaturbedingt die Effizienz der elektrischen Antriebseinrichtung gemindert wird. Zur Behebung dieses Nachteils ist oftmals vorgesehen, die in der elektrischen Antriebseinrichtung entstehende Wärme zumindest teilweise durch Kühlung der elektrischen Antriebseinrichtung zu mindern bzw. abzuführen.
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Beispielsweise lehren die
WO 2019 101 264 A1 bzw.
DE 10 2017 127 695.5 entsprechend einen Antriebsstrang für ein Hybridkraftfahrzeug, welcher eine Getriebeeingangswelle aufweist, die über einen ersten Teilantriebsstrang mit einer ersten elektrischen Maschine und einer Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht und die über einen zweiten Teilantriebsstrang mit einer zweiten elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung in Wirkbeziehung steht. Die zweite elektrische Maschine ist dauerhaft mit der Getriebeeingangswelle drehmomentübertragend verbunden und die erste elektrische Maschine und die Verbrennungskraftmaschine sind zur Drehmomentübertragung mit der Getriebeeingangswelle verbindbar. Dabei kann die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine gekühlt ausgeführt sein. Besonders ist es bevorzugt, wenn die Kühlung mittels einer Wasserkühlung aus einem Fahrzeug-Kühlkreis oder mittels einer Ölkühlung mit Getriebeöl aus dem Getriebe heraus ausgebildet ist. Weiterhin kann auch die eingesetzte Trennkupplung als eine ölgekühlte Lamellenkupplung ausgebildet sein. Entsprechend ist gemäß dieser technischen Lehre vorgesehen, von als elektrische Maschinen ausgestalteten Wärmequellen generierte Wärme zu mindern bzw. abzuführen. Weitere Wärmequellen in der Peripherie dieser elektrischen Maschinen werden jedoch nicht durch die realisierte Kühlung beeinflusst.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kühlbare elektrische Antriebseinrichtung sowie eine damit ausgestattete Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die kostengünstiger Weise eine optimale Kühlung der gesamten elektrischen Antriebseinrichtung gewährleisten..
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße kühlbare elektrische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
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Ergänzend wird eine Antriebsanordnung, welches die kühlbare elektrische Antriebseinrichtung aufweist, gemäß Anspruch 7 zur Verfügung gestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antriebsanordnung sind in den Unteransprüchen 8 und 9 angegeben.
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Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine kühlbare elektrische Antriebseinrichtung, umfassend eine Leistungselektronik, eine elektrische Antriebseinheit und ein Kühlsystem mit einem Wärmetauscher. Das Kühlsystem ist derart ausgestaltet, dass mit ihm ein Kühlfluid der Leistungselektronik zuführbar ist, so dass Wärme der Leistungselektronik zumindest teilweise auf das Kühlfluid übertragbar ist. Die Leistungselektronik ist strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher gekoppelt, sodass das Kühlfluid von der Leistungselektronik strömungstechnisch dem Wärmetauscher zuführbar ist. Der Wärmetauscher ist derart wärmetechnisch mit der elektrischen Antriebseinheit verbunden, dass mittels des Wärmetauschers Wärme von der elektrischen Antriebseinheit auf das Kühlfluid übertragbar ist. Der Wärmetauscher ist strömungstechnisch mit einem Auslass gekoppelt, von dem das Kühlfluid ausströmbar ist.
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Die elektrische Antriebseinheit umfasst wenigstens eine elektrische Rotationsmaschine zur Erzeugung eines Drehmoments zwecks Antriebs eines mit der elektrischen Antriebseinrichtung ausgestatteten Fahrzeugs.
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Die Leistungselektronik dient der Ansteuerung bzw. der Versorgung dieser zumindest einen elektrischen Rotationsmaschine der elektrischen Antriebseinheit mit elektrischer Energie. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass zwischen der Leistungselektronik und der elektrischen Antriebseinheit zumindest eine elektrische Verbindung realisiert ist. Die Leistungselektronik ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie ein Elektronik-Gehäuse umfasst, welches von dem Kühlfluid in wenigstens einem Strömungskanal durchströmbar ist. Innerhalb der Leistungselektronik kann entsprechend Wärme von dieser bzw. von einzelnen elektronischen Komponenten auf das Kühlfluid in dem jeweiligen Strömungskanal übertragen werden.
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Die erfindungsgemäße kühlbare elektrische Antriebseinrichtung weist entsprechend den Vorteil auf, dass sie in einen größeren Kühlkreislauf einbindbar ist und dazu ausgestaltet ist, im wesentlichen gleichzeitig Wärme der Leistungselektronik sowie auch von der elektrischen Antriebseinheit generierte Wärme zumindest teilweise aufzunehmen und mittels Konvektion abzuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Leistungselektronik ein Elektronik-Gehäuse auf, an dem ein strömungstechnischer Anschluss zur Zuführung von Kühlfluid realisiert ist.
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Im Elektronik-Gehäuse wird das Kühlfluid nicht frei verströmt, sondern wird durch eine oder mehrere Leitungen durch das Gehäuse bzw. durch den Gehäuse-Innenraum hindurchgeführt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Wärmetauscher derart angeordnet, dass mit ihm Wärme eines in einem Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit befindlichen Kühl- und/ oder Schmiermittels zumindest anteilig auf das Kühlfluid übertragbar ist.
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Zu diesem Zweck ist der Wärmetauscher vorzugweise derart angeordnet, dass wenigstens eine seiner Seiten bzw. Flächen zumindest teilweise den Innenraum des Gehäuses der elektrischen Antriebseinheit begrenzt, sodass im Gehäuse-Innenraum befindliches Kühl- und/ oder Schmiermittel an die Oberfläche des Wärmetauschers gelangt und dort Wärme abgeben kann.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher an einer Seite des Gehäuses der elektrischen Antriebseinheit angeordnet ist, an der auch die Leistungselektronik mit ihrem Elektronik-Gehäuse angeordnet ist, so dass der Wärmetauscher zwischen der elektrischen Antriebseinheit und der Leistungselektronik angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung ist die strömungstechnische Kopplung der Leistungselektronik mit dem Wärmetauscher über wenigstens einen von einem Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit ausgebildeten Kühlkanal realisiert.
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Das bedeutet, dass ein Kühlfluid-Ausgang der Leistungselektronik in dieser Ausführungsform mit dem Eingang eines vom Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit ausgebildeten Kühlkanals gekoppelt ist, dessen Ausgang wiederum strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher in Verbindung steht, vorzugsweise direkt an diesem anschließt.
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Gegebenenfalls sind mehrere dieser Kanäle im Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit zur parallelen Führung mehrerer Kühlfluid-Volumenströme ausgebildet.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die strömungstechnische Kopplung der Leistungselektronik mit dem Wärmetauscher mittels wenigstens einer außerhalb eines Gehäuses der elektrischen Antriebseinheit verlaufenden Kühlleitung realisiert.
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Das bedeutet, dass beispielsweise ein Kühlfluid-Ausgang der Leistungselektronik in dieser alternativen Ausführungsform über eine extra Kühlleitung mit einem Kühlfluid-Eingang des Wärmetauschers gekoppelt ist. Insbesondere kann die Leistungselektronik dazu in unmittelbarer Nähe des Wärmetauschers an der elektrischen Abtriebseinheit angeordnet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Wärmetauscher strömungstechnisch mit wenigstens einem von einem Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit ausgebildeten weiteren Kühlkanal verbunden, so dass Kühlfluid vom Wärmetauscher in diesen weiteren Kühlkanal abführbar ist, wobei der weitere Kühlkanal strömungstechnisch mit dem Auslass gekoppelt ist.
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Entsprechend dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kühlfluid vom Wärmetauscher ausgangsseitig nicht direkt abgeleitet wird, sondern zunächst über einen weiteren Kühlkanal in das Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit geleitet wird, wo das Kühlfluid weitere Wärme aufnehmen kann, und dann über den Auslass am Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit abgeführt werden kann.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Antriebsanordnung zur Verfügung gestellt, die eine erfindungsgemäße kühlbare elektrische Antriebseinrichtung sowie einen Kühlkreislauf zur Kühlung wenigstens einer weiteren Komponente eines Kraftfahrzeugs aufweist, wobei der Kühlkreislauf mit dem Kühlsystem der kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung strömungstechnisch gekoppelt ist, zwecks Zuleitung von Kühlfluid aus den Kühlkreislauf in das Kühlsystem sowie Ableitung von Kühlfluid aus dem Kühlsystem in den Kühlkreislauf.
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Diese weitere Komponente kann zum Beispiel eine Fahrgastzelle eines mit der Antriebsanordnung ausgestatteten Kraftfahrzeugs sein, und/oder eine Verbrennungskraftmaschine dieses Kraftfahrzeugs.
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Dabei sind ein Einlass an der Leistungselektronik und der Auslass am Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit unmittelbar an den Kühlkreislauf angeschlossen.
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Das bedeutet, dass die erfindungsgemäße kühlbare elektrische Antriebseinrichtung strömungstechnisch in den Kühlkreislauf der Antriebsanordnung bzw. eines damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs eingebunden ist und einen Teil eines Strömungspfades dieses Kühlkreislaufs ausbildet. Dabei ist die Leistungselektronik über einen Einlass an den Kühlkreislauf angeschlossen, und das Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit ist über den Auslass an den Kühlkreislauf angeschlossen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Antriebsanordnung umfasst diese des Weiteren eine Verbrennungskraftmaschine, die in den Kühlkreislauf strömungstechnisch eingebunden ist, sodass Wärme von der Verbrennungskraftmaschine auf Kühlfluid im Kühlkreislauf übertragbar ist.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausgestaltung zeigt, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematische Zeichnung in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt ist. Es ist dargestellt in
- 1: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung.
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Die kühlbare elektrische Antriebseinrichtung 1 umfasst ein Kühlsystem 10, eine Leistungselektronik 20 und eine elektrische Antriebseinheit 30.
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Die Leistungselektronik 20 weist ein Elektronik-Gehäuse 21 auf, in welchem eine Steuerungselektronik (nicht dargestellt) angeordnet ist. Die elektrische Antriebseinheit 30 weist ebenfalls ein Gehäuse 31 auf, in welchem zumindest eine elektrische Rotationsmaschine (nicht dargestellt) angeordnet ist.
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Die Leistungselektronik 20 ist in 1 in einer von einer Oberseite 35 des Gehäuses 31 der elektrischen Antriebseinheit 30 beabstandeten Position dargestellt. Auf der der elektrischen Antriebseinheit 30 zugewandten Seite der Leistungselektronik 20 bildet diese mehrere elektrische Schnittstellen 24 in Form von Steckverbindern aus, welche bei Anordnung der Leistungselektronik 20 auf der Oberseite 35 des Gehäuses 31 der elektrischen Antriebseinheit 30 mit mehreren komplementär ausgestalteten, in Öffnungen 34 in der Oberseite 35 des Gehäuses 31 der elektrischen Antriebseinheit 30 angeordneten, elektrischen Steck-Aufnahmen der elektrischen Antriebseinheit 30 jeweils eine elektrische Verbindung realisieren. Diese elektrischen Verbindungen dienen der elektrischen Kontaktierung der Leistungselektronik 20 mit der elektrischen Antriebseinheit 30 zur Steuerung der wenigstens einen elektrischen Rotationsmaschine der elektrischen Antriebseinheit 30 mittels der Steuerungselektronik.
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Das Kühlsystem 10 der kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung 1 umfasst einen Wärmetauscher 11 sowie mehrere Kühlkanäle im Elektronik-Gehäuse 21 der Leistungselektronik 20 sowie im Gehäuse 31 der elektrischen Antriebseinheit 30, wobei die Kühlkanäle in den Gehäusen 21, 31 im einzelnen nicht dargestellt sind, ein Strömungspfad 40 eines durch das Kühlsystem 10 fließenden Kühlfluids jedoch anhand von Pfeilen verdeutlicht ist.
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Der Strömungspfad 40 ist dabei in vier Abschnitte 41, 42, 43, 44 unterteilt.
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Ein erster Abschnitt 41 des Strömungspfads 40 verläuft durch die Leistungselektronik 20. Dazu tritt das Kühlfluid durch einen strömungstechnischen Anschluss 22 an einer Seite der Leistungselektronik 20 in diese ein und durchströmt diese durch wenigstens einen Strömungskanal im Elektronik-Gehäuse 21. Der wenigstens eine Strömungskanal in der Leistungselektronik 20 führt das Kühlfluid an den elektronischen Komponenten der Leistungselektronik 20 vorbei, wodurch entsprechend Wärme dieser elektronischen Komponenten auf das Kühlfluid übertragen wird und die Leistungselektronik 20 dadurch gekühlt wird.
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Nach Durchströmen der Leistungselektronik 20 wird das Kühlfluid an einen Kühlfluid-Ausgang 23 geführt zwecks Austritts des Kühlfluids aus der Leistungselektronik 20. Der Kühlfluid-Ausgang 23 ist auf der der elektrischen Antriebseinheit 30 zugewandten Seite der Leistungselektronik 20 ausgebildet und dazu eingerichtet, bei Anordnung der Leistungselektronik 20 auf der Oberseite 35 des Gehäuses 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 eine strömungstechnische Verbindung mit einem Kühlfluid-Eingang 33 des Gehäuses 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 auf dessen Oberseite 35 auszubilden. Der Kühlfluid-Ausgang 23 sowie der Kühlfluid-Eingang 33 sind dazu hohlzylinderförmig und hinsichtlich Form und Größe im Wesentlichen komplementär zueinander ausgestaltet, sodass der Kühlfluid-Ausgang 23 in den Kühlfluid-Eingang 33 eingesteckt werden kann.
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Nachdem das Kühlfluid durch den Kühlfluid-Eingang 33 in das Gehäuse 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 eingetreten ist, befindet sich das Kühlfluid in einem zweiten Abschnitt 42 des Strömungspfades 40. Dieser zweite Abschnitt 42 entspricht dabei lediglich einem kurzen Strömungskanal, durch welchen Kühlfluid durch das Gehäuse 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 in den Wärmetauscher 11 geleitet wird.
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Ein dritter Abschnitt 43 des Strömungspfades 40 verläuft durch den Wärmetauscher 11. Der Wärmetauscher 11 ist auf der Oberseite 35 des Gehäuses 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 angeordnet, wobei die der elektrischen Antriebseinrichtung 30 zugewandte Seite des Wärmetauschers 11 einen Innenraum der elektrischen Antriebseinrichtung 30 zumindest teilweise begrenzt. Im Innenraum des Gehäuses 31 befindliches Kühl- und/oder Schmiermittel gelangt an diese den Innenraum zumindest teilweise begrenzende Seite des Wärmetauschers 11 und gibt dort Wärme an das durch den dritten Abschnitt 43 des Strömungspfades 40 im Wärmetauscher 11 strömende Kühlfluid ab, sodass das Kühl- und/oder Schmiermittel aufgrund des dadurch erreichten geringeren Temperaturniveaus wiederum in der Lage ist, im Inneren der elektrischen Antriebseinrichtung 30 erneut Wärme von dort positionierten Elementen, wie zu Beispiel von elektrischen Rotationsmaschine, aufzunehmen. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 11 fließt das Kühlfluid in einen weiteren Kühlkanal zurück in das Gehäuse 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30, und damit in den vierten und letzten Abschnitt des Strömungspfades 44 des Kühlsystems 10 der kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung 1. Durch den vierten Abschnitt des Strömungspfades 44 bzw. den weiteren Kühlkanal wird das Kühlfluid im Gehäuse 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 an einen vom Gehäuse 31 ausgebildeten Auslass 32 geleitet. Entlang des vierten Abschnitts 44 kann das Kühlfluid weitere Wärme im Gehäuse 31 aufnehmen. Über den Auslass 32 am Gehäuse 31 der elektrischen Antriebseinrichtung 30 kann das Kühlfluid abgeführt werden.
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Bei Integration der kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung 1 in eine Antriebsanordnung kann das Kühlsystem 10 mit einem Kühlkreislauf zur Kühlung wenigstens einer weiteren Komponente eines Kraftfahrzeugs strömungstechnisch gekoppelt sein, so dass eine Zuleitung von Kühlfluid aus dem Kühlkreislauf in das Kühlsystem 10 über den Kühlfluid-Eingang 33 sowie eine Ableitung von Kühlfluid aus dem Kühlsystem 10 über den Auslass 32 in den Kühlkreislauf realisiert werden kann. Entsprechend erlaubt es die erfindungsgemäße kühlbare elektrische Antriebseinrichtung, ohne eigenen Kompressor eine effiziente Kühlung sowohl der Leistungselektronik als auch der elektrischen Antriebseinheit zu realisieren.
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Mit der erfindungsgemäßen kühlbaren elektrischen Antriebseinrichtung sowie der damit ausgestatteten Antriebsanordnung lässt sich in kostengünstiger Weise eine optimale Kühlung der gesamten elektrischen Antriebseinrichtung gewährleisten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kühlbare elektrische Antriebseinrichtung
- 10
- Kühlsystem
- 11
- Wärmetauscher
- 20
- Leistungselektronik
- 21
- Elektronik-Gehäuse
- 22
- strömungstechnischer Anschluss
- 23
- Kühlfluid-Ausgang der Leistungselektronik
- 24
- elektrische Schnittstelle der Leistungselektronik
- 30
- elektrische Antriebseinheit
- 31
- Gehäuse der elektrischen Antriebseinheit
- 32
- Auslass
- 33
- Kühlfluid-Eingang des Gehäuses der elektrischen Antriebseinheit
- 34
- elektrische Schnittstelle der elektrischen Antriebseinheit
- 35
- Oberseite des Gehäuses der elektrischen Antriebseinheit
- 40
- Strömungspfad
- 41
- erster Abschnitt des Strömungspfads
- 42
- zweiter Abschnitt des Strömungspfads
- 43
- dritter Abschnitt des Strömungspfads
- 44
- vierter Abschnitt des Strömungspfads
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019101264 A1 [0004]
- DE 102017127695 [0004]
