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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektromotor und einen Wechselrichter, wobei der Elektromotor wenigstens ein elektrisch leitendes Motorkontaktelement zur elektrischen Kontaktierung eines jeweiligen elektrisch leitenden Wechselrichterkontaktelements des Wechselrichters umfasst. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Zur Bestromung von Elektromaschinen, insbesondere von leistungsfähigen Elektromaschinen, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug als Antriebsmotor genutzt werden können, werden häufig Wechselrichter genutzt, um eine Wechselspannung zum Betrieb des Elektromotors bereitzustellen. Ein solcher Wechselrichter kann in Kraftfahrzeugen beispielsweise durch ein Gleichstromnetz des Kraftfahrzeugs bzw. durch eine Fahrzeugbatterie gespeist werden. Es ist hierbei häufig vorteilhaft, den Wechselrichter und die Elektromaschine zunächst als separate Komponenten auszubilden. Da jedoch über elektrische Verbindungen zwischen dem Wechselrichter und der Elektromaschine hohe Leistungen geführt werden können, soll für eine solche Verbindung ein zuverlässiger Berührschutz sowie ein Schutz vor Umwelteinflüssen, beispielsweise vor eindringenden Flüssigkeiten, erreicht werden.
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Ein üblicher Ansatz hierfür ist es, einen gedichteten Raum, auch Klemmanschlusskasten genannt, zu nutzen, über den die separat nicht dichte Elektromaschine mit dem separat nicht dichten Wechselrichter verbunden wird.
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Hierbei kann jedoch ein Druckausgleich bzw. Medienaustausch zwischen Wechselrichter und Elektromaschine über den Klemmanschlusskasten erfolgen, wodurch beispielsweise Kühlmedium, Öl oder andere Verschmutzungen über diesen Klemmanschlusskasten ausgetauscht werden. Zudem muss im Ergebnis ein relativ großes Bauteil, das die Elektromaschine und den Wechselrichter umfasst, abgedichtet werden. Dies kann aufwändige Konstruktionen erfordern bzw. zulässige Toleranzen stark einschränken.
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Die Druckschrift
DE 10 2014 213 973 A1 schlägt eine Verbindungsanordnung zum mechanisch flexiblen elektrischen Verbinden zweier Hochspannungskomponenten in einem Fahrzeug, beispielsweise eines Elektromotors und eines Steuergeräts, vor. Die Komponenten werden durch eine Hochspannungskabelanordnung und eine Niederspannungskabelanordnung verbunden, die gemeinsam von einer elastisch biegbaren Ummantelung umgeben sind. Die Ummantelung kann zumindest an eines der Gehäuse der Hochspannungskomponenten hermetisch dicht angekoppelt sein, um ein Eindringen von Fluiden ins Innere der Ummantelung verhindern zu können. Die Gehäuse der Hochspannungskomponenten sind vorzugsweise hermetisch dicht. Problematisch ist hierbei, dass das Aufbringen der gemeinsamen Ummantelung und das hermetisch dichte Anbringen an den Gehäusen relativ aufwändig und allenfalls mit hohem Aufwand vollständig automatisierbar ist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kontaktbereich zwischen Elektromotor und Wechselrichter mit geringem technischen Aufwand gegen ein Eindringen von Flüssigkeiten abzudichten.
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Die Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Motorkontaktelement unmittelbar oder über ein Motordichtmittel an einer Motorgehäusekomponente eines Motorgehäuses des Elektromotors und das Wechselrichterkontaktelement unmittelbar oder über ein Wechselrichterdichtmittel an einer Wechselrichtergehäusekomponente eines Wechselrichtergehäuses des Wechselrichters gehaltert ist, wobei das Motorkontaktelement und das Wechselrichterkontaktelement durch ein Befestigungsmittel mechanisch aneinander befestigt sind, wobei das Befestigungsmittel und ein jeweiliger gehäuseexterner Abschnitt des Motorkontaktelements und des Wechselrichterkontaktelements in einem flüssigkeitsdichten Aufnahmeraum aufgenommen sind, der zumindest abschnittsweise durch die Wechselrichtergehäusekomponente und die Motorgehäusekomponente gebildet wird.
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Es wird somit vorgeschlagen, die Abdichtung des Aufnahmeraums gegenüber Flüssigkeiten zumindest teilweise durch Komponenten des Gehäuses des Elektromotors und des Wechselrichters durchzuführen. Da das Motorkontaktelement und das Wechselrichterkontaktelement ohne zusätzliche Kabelverbindung aneinander befestigt werden, kann insgesamt ein sehr kompakter Aufbau erreicht werden und der Aufnahmeraum somit mit einfachen Mitteln in wenigen Arbeitsschritten abgedichtet werden.
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Der Wechselrichter kann insbesondere ein Pulswechselrichter sein. Beispielsweise kann ein pulsgesteuerter dreiphasiger Brückenwechselrichter verwendet werden. Wird eine mehrphasige Spannung für den Elektromotor durch den Wechselrichter bereitgestellt, können hierfür mehrere Paare von Motorkontaktelementen und Wechselrichterkontaktelementen genutzt werden, wobei über jedes dieser Paare eine Phase geführt wird. Es ist hierbei möglich, dass für jedes Paar aus Motorkontaktelement und Wechselrichterkontaktelement ein separater Aufnahmeraum ausgebildet wird. Alternativ kann jedoch auch ein gemeinsamer Aufnahmeraum ausgebildet werden, in dem alle Paare aus Motorkontaktelement und Wechselrichterkontaktelement aufgenommen sind.
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Der Aufnahmeraum soll insbesondere gegenüber Kühlflüssigkeiten, Schmierflüssigkeiten und/oder in der Umgebung des Aufnahmeraums auftretende Flüssigkeiten, also insbesondere bezüglich Wasser und Öl, flüssigkeitsdicht sein. Je nach konkreter Betriebssituation kann es ausreichend sein, wenn der Aufnahmeraum beispielsweise spritzwasserdicht ist. Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum jedoch zumindest für mehrere Minuten, beispielsweise 5, 10, 20 oder 60 Minuten bzw. vorzugsweise für mehrere Stunden, dicht gegenüber stehenden Flüssigkeiten.
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Das Motorkontaktelement kann von der Motorgehäusekomponente oder der Motorgehäusekomponente und dem Motordichtmittel derart umgriffen werden, dass das Motorgehäuse zumindest im Bereich des Motorkontaktelements flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist, und/oder das Wechselrichterkontaktelement kann von der Wechselrichtergehäusekomponente oder der Wechselrichtergehäusekomponente und dem Wechselrichterdichtmittel derart umgriffen werden, dass das Wechselrichtergehäuse zumindest im Bereich des Wechselrichterkontaktelements flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Hierdurch kann insbesondere ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Aufnahmeraum und dem Innenraum des Wechselrichtergehäuses bzw. Motorgehäuses vermieden werden.
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Vorzugsweise sind das Wechselrichtergehäuse und/oder das Motorgehäuse flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Dies bedeutet insbesondere auch, dass weitere Anschlüsse bzw. Wellendurchführungen dieser Komponenten ebenfalls flüssigkeitsdicht ausgebildet sind. Bezüglich dem Wechselrichter kann beispielsweise auch ein Anschluss für eine Gleichspannung bzw. für Steuersignale abgedichtet sein. Bei dem Elektromotor ist insbesondere ein Durchgang der Welle flüssigkeitsdicht abgedichtet. Zudem können beispielweise Anschlüsse für Sensoren, eine Steuerung oder Ähnliches ebenfalls abgedichtet sein. Eine Flüssigkeitsdichtigkeit des gesamten Wechselrichtergehäuses bzw. Motorgehäuses ermöglicht es beispielsweise, diese Gehäuse mit Kühlfluid zu fluten oder Ähnliches.
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Das Motorkontaktelement oder das Wechselrichterkontaktelement können eine Durchbrechung aufweisen, durch die das Befestigungsmittel hindurchgreift. Hierdurch kann mit technisch einfachen Mitteln eine robuste Kontaktierung dieser Elemente erreicht werden.
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Das Befestigungsmittel kann eine Schraube sein, die in ein durch das Wechselrichterkontaktelement oder das Motorkontaktelement ausgebildetes Gewinde eingreift. Insbesondere kann jenes der Kontaktelemente, das das Gewinde nicht aufweist, die Durchbrechung aufweisen, durch die die Schraube geführt ist. Beispielsweise kann ein Schraubenkopf direkt oder über eine Beilegscheibe oder Ähnliches auf dem Rand der Durchbrechung aufliegen und somit das die Durchbrechung aufweisende Kontaktelement an das das Gewinde aufweisende Kontaktelement anpressen.
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Zwischen der Motorgehäusekomponente und der Wechselrichtergehäusekomponente kann ein Aufnahmeraumdichtmittel angeordnet sein, um den flüssigkeitsdichten Aufnahmeraum an einer dem Wechselrichterkontaktelement zugewandten Seite der Durchbrechung des Motorkontaktelements oder an einer dem Motorkontaktelement zugewandten Seite der Durchbrechung des Wechselrichterkontaktelements flüssigkeitsdicht abzuschließen. Das Aufnahmeraumdichtmittel kann vor dem Zusammenbau an der Motorgehäusekomponente bzw. der Wechselrichtergehäusekomponente vormontiert sein oder im Rahmen des Zusammenbaus zwischen diese Komponenten eingelegt werden. Vorzugsweise kann die Abdichtung zur Umwelt hin auf dieser Durchbrechungsseite gemeinsam durch das Aufnahmeraumdichtmittel und die Motor- und Wechselrichtergehäusekomponente erfolgen. Der Abschluss zum Elektromotor kann durch die Motorgehäusekomponente, das Motorkontaktelement und optional das Motordichtmittel erfolgen. Zum Wechselrichter hin kann der Abschluss durch die Wechselrichtergehäusekomponente, das Wechselrichterkontaktelement und optional das Wechselrichterdichtmittel erfolgen. Der Aufnahmeraum kann somit im Rahmen der mechanischen Befestigung des Motorkontaktelements und des Wechselrichterkontaktelements aneinander zumindest an einer Seite der Durchbrechung quasi automatisch mit abgedichtet werden. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, wobei die Montage insbesondere einfach automatisierbar ist.
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Die Antriebsvorrichtung kann ein Verschlusselement aufweisen, das direkt oder über ein Verschlussdichtmittel mit der Motorgehäusekomponente oder der Wechselrichtergehäusekomponente verbunden ist, um den flüssigkeitsdichten Aufnahmeraum an einer von dem Wechselrichterkontaktelement abgewandten Seite der Durchbrechung des Motorkontaktelements oder an einer von dem Motorkontaktelement abgewandten Seite der Durchbrechung des Wechselrichterkontaktelements flüssigkeitsdicht abzuschließen. Der Aufnahmeraum kann somit insbesondere dadurch flüssigkeitsdicht abgeschlossen werden, dass nach der mechanischen Befestigung des Motorkontaktelements und des Wechselrichterkontaktelements aneinander das Verschlusselement mit der Motorgehäusekomponente oder der Wechselrichtergehäusekomponente verbunden wird. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben, Verkleben, Anklipsen oder Ähnliches erfolgen. Insgesamt kann somit der flüssigkeitsdichte Aufnahmeraum in wenigen gut automatisierbaren Arbeitsschritten aufgebaut werden. Das Verschlusselement kann insbesondere ein plattenförmiges Verschlusselement sein, das direkt bzw. über das Verschlussdichtmittel auf einem umlaufenden Vorsprung der Motorgehäusekomponente oder der Wechselrichtergehäusekomponente aufliegt.
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Die Motorgehäusekomponente oder die Wechselrichtergehäusekomponente kann wenigstens einen Abstandshalter ausbilden, auf dem das Verschlusselement direkt oder über das Verschlussdichtmittel aufliegt und der das Verschlusselement von der Durchbrechung beabstandet. Hierdurch kann mit einfachen Mitteln ein Aufnahmeraum für einen über die Durchbrechung hinausstehenden Teil des Befestigungsmittels, beispielsweise ein Schraubenkopf oder Ähnliches, bereitgestellt werden.
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Die Motorgehäusekomponente kann über eine Motorgehäusedichtung mit einer weiteren Motorgehäusekomponente verbunden sein und/oder die Wechselrichtergehäusekomponente kann über eine Wechselrichtergehäusedichtung mit einer weiteren Wechselrichtergehäusekomponente verbunden sein. Dies ermöglicht es beispielsweise, verschiedene Materialien, Formen oder Ähnliches, für verschiedene Gehäusekomponenten zu nutzen. Beispielsweise kann ein Großteil des Gehäuses aus Metall gebildet sein, während die das Motorkontaktelement bzw. das Wechselrichterkontaktelement einfassende Komponente beispielsweise aus Kunststoff gebildet ist, um eine Isolation des entsprechenden Kontaktelements sicherzustellen.
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Der Aufnahmeraum kann zumindest teilweise, das heißt beispielsweise in einem bestimmten Winkelbereich, von einem Abschirmelement, beispielsweise einem Blech oder einem leitenden Gitter, umgeben sein, um eine Abstrahlung bzw. Einstrahlung von elektromagnetischer Strahlung in dem Kontaktbereich zwischen Motorkontaktelement und Wechselrichterkontaktelement zu reduzieren bzw. zu unterdrücken.
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Neben der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, das ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung umfasst, und
- 2 - 5 Detailansichten eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung bzw. von deren Komponenten.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das einen Elektromotor 2 umfasst, der durch eine Batterie 3 bzw. einem Bordnetz versorgt werden soll. Der Elektromotor 2 kann insbesondere ein Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs 1 sein. Der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs sowie die mit diesem verbundene Welle des Elektromotors 2 sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
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Der Elektromotor 2 soll mit einer dreiphasigen Wechselspannung versorgt werden, während die Batterie 3 bzw. ein Fahrzeugnetz eine Gleichspannung bereitstellt. Daher ist der Elektromotor 2 über einen Wechselrichter 4 mit der Batterie 3 bzw. dem Bordnetz verbunden. Der Elektromotor 2 und der Wechselrichter 4 bilden gemeinsam eine Antriebsvorrichtung 29 für das Kraftfahrzeug 1. Der Wechselrichter 4 weist einen Gleichspannungsanschluss 5 zur Verbindung mit der Batterie 3 sowie mehrere Wechselrichterkontaktelemente 6 auf, die mit Motorkontaktelementen 7 leitend verbunden sind, um eine Bestromung des Elektromotors 2 zu ermöglichen. Der Wechselrichter 4 ist vorzugsweise ein Pulswechselrichter, der durch eine nicht dargestellte Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs 1 gesteuert wird.
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Die Verbindung der Wechselrichterkontaktelemente 6 mit den Motorkontaktelementen 7 soll in einem flüssigkeitsdichten Aufnahmeraum erfolgen, um beispielsweise ein Eindringen von Spritzwasser aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 bzw. von Kühlflüssigkeit des Elektromotors 2 oder Ähnlichem in den Kontaktbereich zu vermeiden. Hierbei wird in dem Kraftfahrzeug 1 beispielhaft ein separater Aufnahmeraum für jedes Paar von Wechselrichterkontaktelement 6 und Motorkontaktelement 7 genutzt. Das im Folgenden detailliert dargestellte Vorgehen zum Bereitstellen eines solchen Aufnahmeraums kann jedoch auch genutzt werden, wenn ein gemeinsamer Aufnahmeraum für mehrere dieser Paare bereitgestellt werden soll.
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Am Beispiel eines der Kontakte zwischen Wechselrichterkontaktelement 6 und Motorkontaktelement 7 wird im Folgenden mit Bezug auf die 2 bis 5 erläutert, wie mit einfachen technischen Mitteln und gut automatisierbar eine solche Kontaktierung und die Bereitstellung eines flüssigkeitsdichten Aufnahmeraums 26 realisiert werden kann. 2 zeigt eine Detailansicht des Wechselrichters 4 im Bereich eines der Wechselrichterkontaktelemente 6. Das Wechselrichterkontaktelement 6 ist über ein Wechselrichterdichtmittel 11 an einer Wechselrichtergehäusekomponente 8 eines Wechselrichtergehäuses 9 des Wechselrichters 4 gehaltert. Die Wechselrichtergehäusekomponente 8 kann beispielsweise aus Kunststoff oder einem anderen isolierenden Material bestehen, um auch bei Bereitstellung von hohen Spannungen bzw. Leistungen über das Wechselrichterkontaktelement 6 eine hinreichende Isolation sicherzustellen. Prinzipiell könnte das gesamte Gehäuse 9 aus einer einzigen Gehäusekomponente 8 gebildet sein. Es ist jedoch häufig vorteilhaft, das Gehäuse 9 aus mehreren Gehäusekomponenten 8, 24 zu bilden, wobei vorzugsweise eine Wechselrichtergehäusedichtung 10 verwendet wird, um sicherzustellen, dass das Wechselrichtergehäuse 9 zumindest im Bereich des Wechselrichterkontaktelements 6, vorzugsweise jedoch über das gesamte Gehäuse, flüssigkeitsdicht ist.
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Das Wechselrichterkontaktelement 6 kann ein Gewinde 25 ausbilden, um eine robuste mechanische Befestigung bzw. eine robuste elektrische Kontaktierung des Wechselrichterkontaktelements 6 mit dem Motorkontaktelement 7 auf einfache Weise zu ermöglichen, wie später noch genauer erläutert werden wird.
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3 zeigt eine Detailansicht des Elektromotors 2 im Bereich des Motorkontaktelements 7. Das Motorkontaktelement 7 ist an einer Motorgehäusekomponente 13 des Motorgehäuses 14 des Elektromotors 2 gehaltert, wobei zur robusteren Abdichtung des Gehäuses im Bereich des Motorkontaktelements 7 das Motordichtmittel 16 verwendet wird. Um insgesamt eine robuste Abdichtung des Motorgehäuses 14 zu erreichen, ist die Motorgehäusekomponente 13 über Motordichtungen 15 mit wenigstens einer weiteren Motorgehäusekomponente 12 des Motorgehäuses 14 verbunden.
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Das Motorkontaktelement 7 weist eine Durchbrechung 17 auf, über die, wie im Folgenden noch genauer erläutert werden wird, die Kontaktierung mit dem Wechselrichterkontaktelement 6 erfolgt. Um in wenigen und einfachen Produktionsschritten einen flüssigkeitsdichten Aufnahmeraum für den Kontaktbereich bereitstellen zu können, sind an der Motorgehäusekomponente 13 Abstandshalter 18, Aufnahmeraumdichtmittel 19 und Verschlussdichtmittel 20 vorgesehen. Die Wirkung dieser Komponenten wird im Folgenden noch mit Bezug auf 4 und 5 genauer erläutert werden. Die Aufnahmeraumdichtmittel 19 bzw. Verschlussraumdichtmittel 20 können beispielsweise an die Motorgehäusekomponente 13 angespritzt sein. Alternativ wäre es beispielsweise auch möglich, diese Elemente als separate Bauteile auszubilden, die erst im Rahmen des im Folgenden erläuterten Zusammenbaus verschiedenen Komponenten an der in 3 dargestellten Position angeordnet werden.
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Die verschiedenen Dichtmittel bzw. Dichtungen können beispielsweise aus Gummi oder einem anderen Elastomer gebildet sein, eine fluiddichte Klebeschicht sein oder Ähnliches.
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4 zeigt die Verbindung des Wechselrichterkontaktelements 6 mit dem Motorkontaktelement 7. Hierzu wird das Wechselrichtergehäuse 9 derart bezüglich dem Motorgehäuse 14 angeordnet, dass für jedes Paar der zu verbindenden Kontaktelemente die Durchbrechung 17 des jeweiligen Motorkontaktelements 7 mit dem Gewinde 25 des jeweiligen Wechselrichterkontaktelements 6 fluchtet. Somit kann eine Verbindung einfach dadurch bewirkt werden, dass das Befestigungsmittel 21 durch die Durchbrechung 17 geführt und an dem Wechselrichterkontaktelement 6 befestigt wird.
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Im Beispiel wird als Befestigungsmittel 21 eine Schraube verwendet, womit die Befestigung durch schlichtes Einschrauben der Schraube in das Gewinde 25 durch die Durchbrechung 17 hindurch erfolgen kann. Hierbei dichten die Aufnahmeraumdichtmittel 19 den verbleibenden Spalt zwischen Motorgehäusekomponente 13 und Wechselrichtergehäusekomponente 8 flüssigkeitsdicht ab, so dass jener Teil des den Kontakt aufnehmenden Aufnahmeraums 26, der in 4 links der Durchbrechung 17 liegt, automatisch flüssigkeitsdicht abgedichtet wird. Die Abdichtung zur Umgebung erfolgt hierbei gemeinsam durch die Motorgehäusekomponente 13, die Wechselrichtergehäusekomponente 8 und das Aufnahmeraumdichtmittel 19. Zudem ist der Aufnahmeraum 26 gegenüber dem Innenraum 27 des Wechselrichtergehäuses 9 durch das Wechselrichterkontaktelement 6, das Wechselrichterdichtmittel 11 und die Wechselrichtergehäusekomponente 8 abgedichtet. Eine Abdichtung gegenüber dem Innenraum 28 des Motorgehäuses 14 erfolgt gemeinsam durch das Motorkontaktelement 7, die Motorgehäusekomponente 13 und das Motordichtmittel 16.
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Um auch den in 4 rechts der Durchbrechung 17 liegenden Teil des Aufnahmeraums 26 flüssigkeitsdicht abzuschließen, wird, wie in 5 dargestellt ist, ein insbesondere plattenförmiges Verschlusselement 22 auf die Abstandshalter 18 bzw. das auf diesen angeordnete Verschlussdichtmittel 20 aufgesetzt und dort beispielsweise verklebt oder verschraubt oder verklemmt. Somit ist der Aufnahmeraum 26 nun allseitig flüssigkeitsdicht abgeschlossen.
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Zur elektrischen Abschirmung kann der Bereich des Aufnahmeraums zumindest teilweise durch ein zusätzliches Abschirmelement 23, beispielsweise ein leitfähiges Gitter oder eine leitfähige Platte, umschlossen werden. Sind beispielsweise auch die Motorgehäusekomponente 12 und die Wechselrichtergehäusekomponente 24 leitfähig, so kann auch eine elektromagnetische Abschirmung der Antriebsvorrichtung mit geringem Aufwand realisiert werden.
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In einer nicht dargestellten Alternative könnte die Durchbrechung 17 auch eine Durchbrechung des Wechselrichterkontaktelements 6 sein und das Gewinde 25 könnte durch das Motorkontaktelement 7 ausgebildet werden. Die weiteren beschriebenen Komponenten können entsprechend angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014213973 A1 [0005]
