DE102020105554A1 - At least six-phase inverter, electric drive unit and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen zumindest sechsphasiger Inverter (3) für eine elektrische Antriebseinheit (1) eines Kraftfahrzeugs, aufweisend:- eine Inverterelektronik (12) mit-- zumindest zwei Wandlerschaltungen (18) zum Wandeln eines Gleichsignals in Wechselsignale für Phasenanschlüsse einer elektrischen Antriebsmaschine (2) der Antriebseinheit,-- ein DC-Anschlussfeld (19) mit eingangsseitig mit den Wandlerschaltungen (18) elektrisch verbundenen DC-Anschlusspunkten (22a, 22b) zum Zuführen des Gleichsignals und-- zumindest zwei ausgangsseitig mit den Wandlerschaltungen (18) elektrisch verbundene AC-Anschlussfelder (28) zum Zuführen der Wechselsignale an die Phasenanschlüsse,- einen Träger (10) für die Inverterelektronik (12), und- eine Abdeckung (11), welche mit dem Träger (10) unter Ausbildung eines Gehäuseendteils (7) zum Aufnehmen der Inverterelektronik (12) verbunden ist, wobei das Gehäuseendteil (7) mit einem Zentralgehäuse (5) zum Aufnehmen der elektrischen Antriebsmaschine (2) verbindbar ist und wobei beim Zusammenfügen des Gehäuseendteils (7) mit dem Zentralgehäuse (5) die AC-Steckkontakte (30a, 30b, 30c) mit den Phasenanschlüssen zusammensteckbar sind.The invention relates to an at least six-phase inverter (3) for an electric drive unit (1) of a motor vehicle, comprising: - inverter electronics (12) with - at least two converter circuits (18) for converting a direct signal into alternating signals for phase connections of an electric drive machine (2 ) the drive unit, - a DC connection panel (19) with DC connection points (22a, 22b) electrically connected on the input side to the converter circuits (18) for supplying the DC signal and - at least two AC connections electrically connected to the output side with the converter circuits (18) -Connection panels (28) for supplying the alternating signals to the phase connections, - a carrier (10) for the inverter electronics (12), and- a cover (11), which with the carrier (10) forming a housing end part (7) for receiving the inverter electronics (12) is connected, wherein the housing end part (7) with a central housing (5) for receiving the electric drive machine (2) ve rbindbar and wherein when joining the housing end part (7) with the central housing (5), the AC plug contacts (30a, 30b, 30c) can be plugged together with the phase connections.
Description
Die Erfindung betrifft einen zumindest sechsphasigen Inverter für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to an at least six-phase inverter for an electric drive unit of a motor vehicle. The invention also relates to an electric drive unit and a motor vehicle.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge. Solche Kraftfahrzeuge weisen einen elektrischen Antriebsstrang mit einer elektrischen Antriebseinheit und einer Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise einer Traktionsbatterie, auf. Die Antriebseinheit weist üblicherweise eine elektrische Antriebsmaschine und einen Inverter bzw. Stromrichter auf, welcher das von der Traktionsbatterie bereitgestellte Gleichsignal, also einen Gleichstrom und eine Gleichspannung, in ein Wechselsignal, also einen Wechselstrom und eine Wechselspannung wandelt.In the present case, interest is directed towards electrically powered vehicles, i.e. hybrid or electric vehicles. Such motor vehicles have an electric drive train with an electric drive unit and an energy supply device, for example a traction battery. The drive unit usually has an electric drive machine and an inverter or converter, which converts the direct signal provided by the traction battery, ie a direct current and a direct voltage, into an alternating signal, ie an alternating current and an alternating voltage.
Da im Kraftfahrzeug oft nur begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, wird der Inverter oftmals kostenintensiv und aufwändig so angepasst und umgestaltet, dass er in den zur Verfügung stehenden Bauraum passt. Beispielsweise kann der Inverter oberhalb der Antriebsmaschine, senkrecht zu einer Rotationsachse der Antriebsmaschine, angeordnet sein. Im eingebauten Zustand der Antriebseinheit im Kraftfahrzeug sind also die Antriebsmaschine und der Inverter entlang einer Fahrzeughochachse übereinander angeordnet. Im Falle, dass die Antriebseinheit eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs antreibt, geht dadurch in unerwünschter Weise Volumen des Fahrzeugkofferraums verloren. Im Falle, dass die Antriebseinheit eine Vorderachse des Kraftfahrzeugs antreibt, verbraucht der Inverter Integrationsvolumen für Steuergeräte des Kraftfahrzeugs. Außerdem ist die Montage bzw. Befestigung des Inverters im Kraftfahrzeug mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Üblicherweise wird der Inverter verschraubt, wofür eine Vielzahl von Schrauben notwendig ist, welche aufwändig von einem Montagepersonal angebracht werden muss.Since there is often only limited installation space available in the motor vehicle, the inverter is often costly and laboriously adapted and redesigned so that it fits into the available installation space. For example, the inverter can be arranged above the drive machine, perpendicular to an axis of rotation of the drive machine. When the drive unit is installed in the motor vehicle, the drive machine and the inverter are thus arranged one above the other along a vertical axis of the vehicle. In the event that the drive unit drives a rear axle of the motor vehicle, volume of the vehicle trunk is lost in an undesirable manner. In the event that the drive unit drives a front axle of the motor vehicle, the inverter consumes integration volume for control units of the motor vehicle. In addition, the assembly or fastening of the inverter in the motor vehicle is associated with a high expenditure of time and money. The inverter is usually screwed on, for which a large number of screws are necessary, which have to be attached by assembly personnel in a laborious manner.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kostengünstigen sowie einfach und bauraumsparend zu montierenden Inverter bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide an inexpensive inverter that can be installed simply and in a space-saving manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Inverter, eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.According to the invention, this object is achieved by an inverter, an electric drive unit and a motor vehicle having the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.
Ein erfindungsgemäßer zumindest sechsphasiger Inverter für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs weist eine Inverterelektronik auf. Die Inverterelektronik weist zumindest zwei Wandlerschaltungen zum Wandeln eines Gleichsignals in Wechselsignale für Phasenanschlüsse einer elektrischen Antriebsmaschine der Antriebseinheit auf. Außerdem weist die Inverterelektronik ein DC-Anschlussfeld mit eingangsseitig mit den Wandlerschaltungen elektrisch verbundenen DC-Anschlusspunkten auf. Ferner weist die Inverterelektronik zumindest zwei ausgangsseitig mit den Wandlerschaltungen elektrisch verbundene AC-Anschlussfelder mit jeweils drei AC-Steckkontakten auf. Über die DC-Anschlusspunkte ist den Wandlerschaltungen das Gleichsignal zuführbar. Über die AC-Steckkontakte sind den Phasenanschlüssen die Wechselsignale zuführbar.An at least six-phase inverter according to the invention for an electric drive unit of a motor vehicle has inverter electronics. The inverter electronics have at least two converter circuits for converting a direct signal into alternating signals for phase connections of an electric drive machine of the drive unit. In addition, the inverter electronics have a DC connection field with DC connection points electrically connected to the converter circuits on the input side. Furthermore, the inverter electronics have at least two AC connection fields, each electrically connected to the converter circuits on the output side, each with three AC plug contacts. The DC signal can be fed to the converter circuits via the DC connection points. The alternating signals can be fed to the phase connections via the AC plug contacts.
Der Inverter weist außerdem einen Träger für die Inverterelektronik sowie eine Abdeckung, welche mit dem Träger unter Ausbildung eines Gehäuseendteils zum Aufnehmen der Inverterelektronik verbunden ist, auf. Die Wandlerschaltungen sind zwischen den zumindest zwei AC-Anschlussfeldern angeordnet, sodass AC-Signalpfade zwischen den Wandlerschaltungen und den jeweiligen AC-Steckkontakten im Wesentlichen gleich lang sind. Die DC-Anschlusspunkte sind derart zu den Wandlerschaltungen positioniert, dass DC-Signalpfade zwischen den DC-Anschlusspunkten und der jeweiligen Wandlerschaltung im Wesentlichen gleich lang sind. Die AC- Steckkontakte sind durch den Träger hindurchgeführt. Das Gehäuseendteil ist mit einem Zentralgehäuse zum Aufnehmen der elektrischen Antriebsmaschine verbindbar, wobei beim Zusammenfügen des Gehäuseendteils mit dem Zentralgehäuse die AC- Steckkontakte mit den Phasenanschlüssen der elektrischen Antriebsmaschine zusammensteckbar sind.The inverter also has a carrier for the inverter electronics and a cover which is connected to the carrier to form a housing end part for receiving the inverter electronics. The converter circuits are arranged between the at least two AC connection panels so that AC signal paths between the converter circuits and the respective AC plug contacts are essentially of the same length. The DC connection points are positioned in relation to the converter circuits in such a way that DC signal paths between the DC connection points and the respective converter circuit are essentially of the same length. The AC plug contacts are passed through the carrier. The housing end part can be connected to a central housing for accommodating the electric drive machine, with the AC plug contacts being able to be plugged together with the phase connections of the electric drive machine when the housing end part is joined to the central housing.
Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebsmaschine, einem Zentralgehäuse, in welchem die elektrische Antriebsmaschine angeordnet ist, und einem erfindungsgemäßen Inverter. Das Zentralgehäuse für die Antriebsmaschine und das Gehäuseendteil des Inverters sind axial entlang einer Rotationsachse der elektrischen Antriebsmaschine zusammengefügt. Das Gehäuseendteil des Inverters bildet einen Deckel für das Zentralgehäuse aus. Dabei sind die Phasenanschlüsse der Antriebsmaschine mit den AC-Steckkontakten zusammengesteckt. Die elektrische Antriebsmaschine weist insbesondere einen Stator, welcher Phasenwicklungen bzw. Statorwicklungen trägt, und einen Rotor, welcher mit einer Rotorwelle drehfest verbunden ist, auf. Das Zentralgehäuse ummantelt dabei den hohlzylinderförmigen Stator und erstreckt sich axial entlang einer Länge des Stators parallel zur Rotationsachse bzw. Längsachse der elektrischen Antriebsmaschine. Zusätzlich kann die elektrische Antriebseinheit ein Getriebe aufweisen, welches in einem weiteren Gehäuseendteil angeordnet ist, wobei das Gehäuseendteil des Inverters, das Zentralgehäuse für die Antriebsmaschine und das weitere Gehäuseendteil für das Getriebe axial zu einem Gesamtgehäuse der elektrischen Antriebseinheit zusammengefügt sind. Dabei ist das Zentralgehäuse zwischen den zwei Gehäuseendteilen angeordnet. Die zwei Gehäuseendteile sind seitlich an dem Zentralgehäuse angeordnet.The invention also relates to an electric drive unit for a motor vehicle with an electric drive machine, a central housing in which the electric drive machine is arranged, and an inverter according to the invention. The central housing for the drive machine and the housing end part of the inverter are joined together axially along an axis of rotation of the electric drive machine. The housing end part of the inverter forms a cover for the central housing. The phase connections of the drive machine are plugged together with the AC plug contacts. The electric drive machine has, in particular, a stator, which carries phase windings or stator windings, and a rotor, which is non-rotatably connected to a rotor shaft. The central housing encases the hollow cylindrical stator and extends axially along a length of the stator parallel to the axis of rotation or longitudinal axis of the electric drive machine. In addition, the electric drive unit can have a transmission, which in another Housing end part is arranged, wherein the housing end part of the inverter, the central housing for the drive machine and the further housing end part for the transmission are axially joined together to form an overall housing of the electric drive unit. The central housing is arranged between the two housing end parts. The two housing end parts are arranged on the side of the central housing.
Das Gehäuseendteil des Inverters weist den Träger und die Abdeckung auf, welche beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein können. Im zusammengefügten Zustand des Gehäuseendteils und des Zentralgehäuses ist eine Oberfläche des Trägers senkrecht zu der Rotationsachse der Antriebsmaschine orientiert. Im eingebauten Zustand der Antriebseinheit im Kraftfahrzeug ist die Rotationsachse senkrecht zu einer Fahrzeughochachse des Kraftfahrzeugs und entlang einer Fahrzeugquerachse orientiert, sodass der Inverter seitlich an der Antriebsmaschine angeordnet ist. Der Inverter ist also im eingebauten Zustand der Antriebseinheit nicht entlang der Fahrzeughochachse über der Antriebsmaschine angeordnet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass oberhalb der Antriebsmaschine freier Bauraum zur Verfügung steht, welcher beispielsweise für den Fahrzeugkofferraum und/oder Steuergeräte des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.The housing end part of the inverter has the carrier and the cover, which can be made of aluminum, for example. In the assembled state of the housing end part and the central housing, a surface of the carrier is oriented perpendicular to the axis of rotation of the drive machine. When the drive unit is installed in the motor vehicle, the axis of rotation is oriented perpendicular to a vertical axis of the motor vehicle and along a transverse axis of the vehicle, so that the inverter is arranged on the side of the drive machine. When the drive unit is installed, the inverter is therefore not arranged along the vertical axis of the vehicle above the drive machine. This results in the advantage that free installation space is available above the drive machine, which space can be used, for example, for the vehicle trunk and / or control units of the motor vehicle.
Der Träger und die Abdeckung bilden einen Aufnahmeraum zwischen sich aus, in welchem die Inverterelektronik angeordnet ist. Die Inverterelektronik ist dazu ausgelegt, das Gleichsignal in Form von einem DC-Strom bzw. Gleichstrom und einer Gleichspannung in Wechselsignale, also AC-Ströme bzw. Wechselströme und Wechselspannungen, für die Phasenwicklungen der Antriebsmaschine umzuwandeln. Das Gleichsignal wird von einer Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise einer wiederaufladbaren Traktionsbatterie in Form von einem Hochvoltspeicher, des Kraftfahrzeugs bereitgestellt und dem Inverter über das DC-Anschlussfeld zugeführt. Die Wandlerschaltungen wandeln das Gleichsignal in Wechselsignale und stellen die Wechselsignale an den AC-Steckkontakten der AC-Anschlussfelder bereit. Der Inverter sowie die Antriebsmaschine sind zumindest sechsphasig ausgebildet. Daher weist die elektrische Antriebsmaschine zumindest zwei Phasenanschlusssätze mit jeweils drei Phasenanschlüssen auf, wobei jeder Phasenanschlusssatz mit einem AC-Anschlussfeld des Inverters elektrisch verbunden wird. Der Inverter ist dabei derart gestaltet, dass die elektrische Verbindung durch das axiale Anfügen des Gehäuseendteils, in welchem die Inverterelektronik angeordnet ist, an dem Zentralgehäuse hergestellt werden kann. Während des Anfügens werden die AC- Steckkontakte des Inverters mit den Phasenanschlüssen der elektrischen Antriebsmaschine zusammengesteckt. Dazu weist der Träger beispielsweise Durchgangsöffnungen auf, durch welche die AC-Steckkontakte hindurchgeführt sind und somit von außen zugänglich sind.The carrier and the cover form a receiving space between them in which the inverter electronics are arranged. The inverter electronics are designed to convert the direct signal in the form of a DC current or direct current and a direct voltage into alternating signals, i.e. AC currents or alternating currents and alternating voltages, for the phase windings of the drive machine. The DC signal is provided by an energy supply device, for example a rechargeable traction battery in the form of a high-voltage storage device, of the motor vehicle and fed to the inverter via the DC connection panel. The converter circuits convert the direct signal into alternating signals and provide the alternating signals to the AC plug contacts of the AC connection panels. The inverter and the drive machine are designed to have at least six phases. The electric drive machine therefore has at least two phase connection sets, each with three phase connections, each phase connection set being electrically connected to an AC connection field of the inverter. The inverter is designed in such a way that the electrical connection can be established by axially attaching the housing end part in which the inverter electronics are arranged to the central housing. During the attachment, the AC plug contacts of the inverter are plugged together with the phase connections of the electric drive machine. For this purpose, the carrier has, for example, through openings through which the AC plug contacts are passed and are therefore accessible from the outside.
Die Wandlerschaltungen weisen beispielsweise eine Schalteinheit bzw. ein Schaltmodul mit Halbleiterschaltern sowie eine Zwischenkreiseinheit mit Kondensatoren auf. Die Wandlerschaltungen sind insbesondere baugleich ausgebildet und symmetrisch zueinander auf dem Träger positioniert. Da der Inverter und die Antriebsmaschine zumindest sechsphasig ausgebildet sind, sind Signalwerte und damit Verluste pro Phase im Vergleich zu einem dreiphasigen Inverter und einer dreiphasigen Antriebsmaschine reduziert. Daher sind die Halbleiterschalter sowie die Kondensatoren insbesondere als diskrete Bauelemente ausgebildet, welche kostengünstig sind und eine hohe Verfügbarkeit aufweisen. Die Mehrphasigkeit ermöglicht die Verwendung von dünneren Signalpfaden, beispielsweise Schienen oder Platten. Die Schalteinheit einer Wandlerschaltung weist insbesondere drei Halbbrücken mit jeweils zwei Halbleiterschaltern auf. Jede Halbbrücke ist mit einem der AC-Steckkontakte des AC-Anschlussfeldes verbunden. Beispielsweise weist jedes AC-Anschlussfeld drei AC-Stromschienen auf, welche an einem Ende mit AC-Stromterminals der jeweiligen Halbbrücken verbunden sind und an einem anderen Ende die AC-Steckkontakte aufweisen. Die AC-Stromschienen bilden die AC-Signalpfade aus.The converter circuits have, for example, a switching unit or a switching module with semiconductor switches and an intermediate circuit unit with capacitors. In particular, the converter circuits are of identical construction and are positioned symmetrically to one another on the carrier. Since the inverter and the drive machine are designed to have at least six phases, signal values and thus losses per phase are reduced compared to a three-phase inverter and a three-phase drive machine. The semiconductor switches and the capacitors are therefore designed in particular as discrete components which are inexpensive and have a high level of availability. The multi-phase nature enables the use of thinner signal paths, for example rails or plates. The switching unit of a converter circuit has, in particular, three half bridges, each with two semiconductor switches. Each half bridge is connected to one of the AC plug contacts on the AC connection panel. For example, each AC connection field has three AC busbars, which are connected at one end to AC power terminals of the respective half bridges and have the AC plug contacts at another end. The AC busbars form the AC signal paths.
Die Wandlerschaltungen, die AC-Anschlussfelder und die DC-Anschlusspunkte sind dabei in dem Gehäuseendteil derart zueinander positioniert, dass sich ein im Wesentlichen symmetrischer Aufbau der Inverterelektronik ergibt. Beispielsweise sind die Schalteinheiten zwischen den AC-Anschlussfeldern angeordnet und die Zwischenkreiseinheiten sowie die DC-Anschlusspunkte sind zwischen den zwei Schalteinheiten angeordnet. Beispielsweise sind die Halbbrücken einer Wandlerschaltung in einer Reihe angeordnet, wobei das zugehörige Anschlussfeld neben der Reihe mit den Halbbrücken angeordnet ist. Bei zwei Wandlerschaltungen sind die zwei Reihen mit Halbbrücken beabstandet zueinander angeordnet, wobei zwischen den zwei Reihen die Kondensatoren sowie die DC-Anschlusspunkte angeordnet sind. Die Kondensatoren einer Wandlerschaltung können beispielsweise ebenfalls in einer Reihe angeordnet sein und neben der zugehörigen Reihe mit Halbbrücken angeordnet sein. Mittig auf dem Träger sind also die Zwischenkreiseinheiten und die DC-Anschlusspunkte angeordnet, rechts und links der Zwischenkreiseinheiten und der DC-Anschlusspunkte sind die Schalteinheiten angeordnet und rechts und links der Schalteinheiten sind die AC-Anschlussfelder angeordnet.The converter circuits, the AC connection fields and the DC connection points are positioned in relation to one another in the housing end part in such a way that an essentially symmetrical structure of the inverter electronics results. For example, the switching units are arranged between the AC connection panels and the intermediate circuit units and the DC connection points are arranged between the two switching units. For example, the half bridges of a converter circuit are arranged in a row, the associated connection field being arranged next to the row with the half bridges. In the case of two converter circuits, the two rows are arranged at a distance from one another with half bridges, the capacitors and the DC connection points being arranged between the two rows. The capacitors of a converter circuit can, for example, also be arranged in a row and be arranged with half bridges next to the associated row. The intermediate circuit units and the DC connection points are arranged in the center of the carrier, the switching units are arranged to the right and left of the intermediate circuit units and the DC connection points, and the AC connection panels are arranged to the right and left of the switching units.
Es wird also ausgehend von den DC-Anschlusspunkten das Gleichsignal über die gleich langen DC-Signalpfade den Zwischenkreiseinheiten und den Schalteinheiten zugeführt. Dort wird das Gleichsignal in die jeweiligen Wechselsignale umgewandelt. Diese Wechselsignale werden dann über die gleich langen AC-Signalpfade an die AC-Steckkontakte geführt. Durch die im Wesentlichen gleich langen Signalpfade kann gewährleistet werden, dass eine gleichzeitige und versatzlose Signalübertragung bzw. Stromübertragung an die Phasenanschlusssätze der elektrischen Antriebsmaschine stattfindet.Starting from the DC connection points, the DC signal is sent to the DC link units and via the DC signal paths of the same length fed to the switching units. There the direct signal is converted into the respective alternating signals. These alternating signals are then fed to the AC plug contacts via the AC signal paths of the same length. The essentially equally long signal paths can ensure that a simultaneous and offset-free signal transmission or current transmission to the phase connection sets of the electric drive machine takes place.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das DC-Anschlussfeld DC-Kontaktelemente aufweist, welche durch den Träger hindurchgeführt sind und beim Zusammenfügen des Gehäuseendteils mit dem Zentralgehäuse mit einem inverterexternen, zentralgehäuseintergierten DC-Filter verbindbar sind. Vorzugsweise weist das DC-Anschlussfeld DC-Stromleiter, beispielsweise DC-Stromschienen, auf, welche an einem Ende mit den DC-Kontaktelementen verbunden sind und an ihrem anderen Ende die DC-Anschlusspunkte ausbilden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit weist das Zentralgehäuse einen sich axial entlang der Rotationsachse erstreckenden Schacht auf, in welchem der DC-Filter angeordnet ist, wobei der DC-Filter im zusammengefügten Zustand des Zentralgehäuses mit dem Gehäuseendteil des Inverters mit dem DC-Anschlussfeld des Inverters elektrisch verbunden ist. Der Inverter selbst ist also filterlos ausgebildet. Der DC-Filter ist nach außen verlagert, sodass sich ein besonders kompakter Inverter in Flachbauweise ergibt, welcher platzsparend an der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet werden kann. Der DC-Filter erstreckt sich dabei entlang der Rotationsachse der Antriebsmaschine über die Länge des Stators in dem Schacht des Zentralgehäuses. Im eingebauten Zustand der Antriebseinheit im Kraftfahrzeug ist der DC-Filter hierdurch in einem unfallgeschützten Bereich, also im „Crash-Schatten“, der Antriebseinheit angeordnet. Außerdem wirkt der Schacht im metallischen Zentralgehäuse als eine sehr gute elektromagnetische Schirmung, sodass keine magnetische Störungen nach außen ins Kraftfahrzeug strahlen. Komponenten des DC-Filters weisen außerdem eine Masseanbindung zum massiven Zentralgehäuse mittels Schrauben oder FederkontaktierungenIt proves to be advantageous if the DC connection field has DC contact elements which are passed through the carrier and can be connected to an inverter-external, central housing-integrated DC filter when the housing end part is joined to the central housing. The DC connection field preferably has DC current conductors, for example DC busbars, which are connected at one end to the DC contact elements and form the DC connection points at their other end. In an advantageous embodiment of the electric drive unit, the central housing has a shaft extending axially along the axis of rotation in which the DC filter is arranged, the DC filter in the assembled state of the central housing with the housing end part of the inverter with the DC connection panel of the Inverter is electrically connected. The inverter itself is therefore designed without a filter. The DC filter has been moved to the outside, resulting in a particularly compact inverter with a flat design, which can be arranged on the electric drive machine in a space-saving manner. The DC filter extends along the axis of rotation of the drive machine over the length of the stator in the shaft of the central housing. When the drive unit is installed in the motor vehicle, the DC filter is arranged in an accident-protected area, that is, in the “crash shadow” of the drive unit. In addition, the shaft in the metallic central housing acts as a very good electromagnetic shield, so that no magnetic interference radiates outward into the motor vehicle. Components of the DC filter also have a ground connection to the massive central housing by means of screws or spring contacts
Dabei ist der DC-Filter an einem ersten Ende, welches dem Gehäuseendteil des Inverters zugewandt ist, mit dem DC-Anschlussfeld elektrisch verbunden. An einem zweiten Ende, welches dem Gehäuseendteil abgewandt ist, ist der DC-Filter beispielsweise mit einem DC-Steckverbinder verbunden. Dieser kann mit einem DC-Steckverbinder der Energieversorgungseinrichtung zusammengesteckt werden. Der DC-Filter vermeidet eine rückwirkende magnetische Störung des Inverters in die Batterie. Vorzugsweise ist zwischen dem Inverter und dem Zentralgehäuse eine EMV-Maßnahme zum Dämpfen von Störungen des AC-Stromflusses angeordnet. Beispielsweise kann die EMV-Maßnahme einen Eisenkern aufweisen, welcher an dem Zentralgehäuse festgeschraubt ist.In this case, the DC filter is electrically connected to the DC connection panel at a first end which faces the housing end part of the inverter. At a second end, which faces away from the housing end part, the DC filter is connected, for example, to a DC plug connector. This can be plugged together with a DC connector of the energy supply device. The DC filter prevents retroactive magnetic interference from the inverter in the battery. An EMC measure for damping disturbances in the flow of AC current is preferably arranged between the inverter and the central housing. For example, the EMC measure can have an iron core which is screwed tightly to the central housing.
Es kann vorgesehen sein, dass der Inverter einen Schaltungsträger aufweist, auf welchem die Wandlerschaltungen angeordnet sind, wobei ein jeweiliges AC-Stromterminal der Halbbrücken überlappend mit einer jeweiligen AC-Stromschiene des AC-Anschlussfeldes angeordnet ist und mittels Laserschweißen mit der AC-Stromschiene elektrisch und mechanisch verbunden ist. Alternativ dazu können die AC- Stromterminals und die AC-Stromschienen gebogen und mittels Widerstandschweißen mit einer Zange verbunden werden. Der Schaltungsträger weist insbesondere eine Kunststoffschicht auf, welche dem Träger zugewandt ist, sodass eine elektrische Isolierung zur Vermeidung von den Luft- und Kriechstrecken ausgebildet ist.It can be provided that the inverter has a circuit carrier on which the converter circuits are arranged, with a respective AC power terminal of the half bridges overlapping with a respective AC power rail of the AC connection panel and being electrically and electrically connected to the AC power rail by means of laser welding is mechanically connected. Alternatively, the AC power terminals and AC busbars can be bent and connected with pliers using resistance welding. The circuit carrier has, in particular, a plastic layer which faces the carrier, so that electrical insulation is formed to avoid air and creepage distances.
Die an den AC-Stromschienen angeordneten AC-Steckkontakte stehen insbesondere seitlich an dem Kunststoffträger über. Der Kunststoffträger wird dann auf dem Träger des Gehäuseendteils positioniert, wobei die AC-Steckkontakte in den Durchgansöffnungen des Trägers angeordnet sind. Durch das Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den AC-Stromschienen und den AC-Stromterminals mittels Laserschweißens oder Widerstandsschweißen kann in vorteilhafter Weise auf teuer Schrauben sowie deren aufwändige Montage verzichtet werden. Außerdem ist der Übergabewiderstand fast null. Montage-Zeit wird durch Laserschweißen oder Widerstandschweißen extrem reduziert.The AC plug contacts arranged on the AC busbars protrude in particular from the side of the plastic carrier. The plastic carrier is then positioned on the carrier of the housing end part, the AC plug contacts being arranged in the through openings of the carrier. By establishing the electrical connection between the AC busbars and the AC current terminals by means of laser welding or resistance welding, expensive screws and their complex assembly can advantageously be dispensed with. In addition, the transfer resistance is almost zero. Assembly time is extremely reduced by laser welding or resistance welding.
In einer Weiterbildung des Inverters weist das DC-Anschlussfeld einen Elektrodenstapel mit einer plattenförmigen ersten Elektrode und einer plattenförmigen zweiten Elektrode auf, wobei der Elektrodenstapel die Wandlerschaltungen überdeckend angeordnet ist und wobei jede Elektrode des Elektrodenstapels mit einem der DC-Anschlusspunkte sowie mit den Wandlerschaltungen elektrisch verbunden ist. Die erste, beispielsweise positive, Elektrode und die zweite, beispielsweise negative, sind insbesondere dünne, rechteckige Kupferplatten, welche isoliert voneinander übereinander gestapelt sind. Beispielsweise kann zur elektrischen Isolierung zwischen den plattenförmigen Elektroden eine Kunststoffschicht angeordnet sein. Die plattenförmigen Elektroden sind dabei derart auf dem Träger angeordnet, dass sie die Wandlerschaltungen überdecken. Die Wandlerschaltungen sind dabei auch, bis auf Verbindungsstellen zum elektrischen Verbinden mit den Elektroden, von einer Isolationsschicht bedeckt. Die plattenförmigen Elektroden bilden die DC-Signalpfade bzw. Strompfade zwischen den DC-Anschlusspunkten und den Wandlerschaltungen. Dazu sind, insbesondere über eine komplette Länge der plattenförmigen Elektroden die in zwei Reihen angeordneten Kondensatoren an die plattenförmigen Elektroden, beispielsweise durch Laserschweißen oder Löten, angebunden. Durch solche großflächigen Signalpfade kann in vorteilhafter Weise eine besonders verlustarme Signalübertragung an die Wandlerschaltungen erfolgen. Außerdem ermöglichen der geringere Abstand und die flache Bauweise zwischen „Plus“-Platte und „Minus“-Platte eine niedrige Induktivität und somit niedrige Verluste.In a further development of the inverter, the DC connection field has an electrode stack with a plate-shaped first electrode and a plate-shaped second electrode, the electrode stack being arranged so as to cover the converter circuits and wherein each electrode of the electrode stack is electrically connected to one of the DC connection points and to the converter circuits is. The first, for example positive, electrode and the second, for example negative, are in particular thin, rectangular copper plates, which are stacked on top of one another, insulated from one another. For example, a plastic layer can be arranged between the plate-shaped electrodes for electrical insulation. The plate-shaped electrodes are arranged on the carrier in such a way that they cover the converter circuits. The converter circuits are also covered by an insulation layer, with the exception of connection points for electrical connection to the electrodes. The plate-shaped electrodes form the DC signal paths or current paths between the DC connection points and the converter circuits. For this purpose, in particular over a complete length of the plate-shaped electrodes are those in two rows arranged capacitors connected to the plate-shaped electrodes, for example by laser welding or soldering. Such large-area signal paths can advantageously result in a particularly low-loss signal transmission to the converter circuits. In addition, the smaller distance and the flat design between the “plus” plate and the “minus” plate enable low inductance and thus low losses.
Bevorzugt weist der Inverter eine Platine mit einer Kontrolleinrichtung zum Ansteuern der Wandlerschaltungen auf, wobei die Platine überlappend mit dem Elektrodenstapel angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Elektrodenstapel und der Platine eine EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)-Schutzschicht angeordnet, welche insbesondere aus Aluminium oder Stahl ausgebildet ist. Die Kontrolleinrichtung weist insbesondere eine Treiber- und Ansteuerschaltung zum Ansteuern der Schalteinheiten auf. Auch kann die Kontrolleinrichtung eine Auswerteeinheit aufweisen, welche beispielsweise über eine Kommunikationsverbindung mit Diagnosesensoren der Inverterelektronik, beispielsweise Stromsensoren, verbunden ist und dazu ausgelegt ist, Messsignale der Diagnosesensoren auszuwerten. Die Platine mit der Kontrolleinrichtung ist insbesondere von einer Schutzabdeckung bedeckt. Zwischen dem Träger und der Abdeckung des Gehäuseendteils sind also die Wandlerschaltungen, der Elektrodenstapel, die EMV-Schutzschicht, die Platine mit der Kontrolleinrichtung sowie die Schutzabdeckung übereinander gestapelt angeordnet.The inverter preferably has a circuit board with a control device for controlling the converter circuits, the circuit board being arranged so as to overlap with the electrode stack. An EMC (electromagnetic compatibility) protective layer, which is made in particular of aluminum or steel, is preferably arranged between the electrode stack and the circuit board. The control device has, in particular, a driver and control circuit for controlling the switching units. The control device can also have an evaluation unit which is connected, for example, via a communication link to diagnostic sensors of the inverter electronics, for example current sensors, and is designed to evaluate measurement signals from the diagnostic sensors. The circuit board with the control device is covered in particular by a protective cover. The converter circuits, the electrode stack, the EMC protective layer, the circuit board with the control device and the protective cover are stacked on top of one another between the carrier and the cover of the housing end part.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Inverter zusätzlich einen Winkellagegeber zur Messung einer Lage des Rotor der elektrischen Antriebsmaschine auf, wobei der Winkellagegeber zumindest teilweise durch den Träger hindurchgeführt ist und beim Zusammenfügen des Gehäuseendteils mit dem Zentralgehäuse an einer mit dem Rotor verbundenen Rotorwelle der Antriebsmaschine positionierbar ist. Messsignale des Winkellagegebers sind über eine Kommunikationsverbindung der Kontrolleinrichtung des Inverters zuführbar. Dadurch, dass das Gehäuseendteil mit der Inverterelektronik axial zu der Antriebsmaschine und damit fluchtend zur Antriebswelle positioniert wird, kann der Winkellagegeber direkt in den Inverter integriert werden. So kann in vorteilhafter Weise, ohne lange und aufwändig bereitzustellende Kommunikationswege, die Auswerteeinheit der Kontrolleinrichtung zur Auswertung der Messsignale mitgenutzt werden. Beispielsweise kann in dem Träger eine Durchgangsöffnung vorgesehen sein, durch welche der Winkellagegeber zumindest teilweise aus dem Gehäuseendteil herausgeführt ist und somit im zusammengefügten Zustand des Gehäuseendteils und des Zentralgehäuses an der Rotorwelle positioniert ist.In an advantageous development of the invention, the inverter also has an angular position encoder for measuring a position of the rotor of the electric drive machine, the angular position encoder being at least partially passed through the carrier and, when the housing end part is joined to the central housing, on a rotor shaft of the drive machine connected to the rotor is positionable. Measurement signals from the angular position encoder can be fed to the control device of the inverter via a communication link. Because the housing end part with the inverter electronics is positioned axially to the drive machine and thus in alignment with the drive shaft, the angular position encoder can be integrated directly into the inverter. In this way, the evaluation unit of the control device can advantageously also be used for evaluating the measurement signals without long and complex communication paths to be provided. For example, a through opening can be provided in the carrier, through which the angular position encoder is at least partially guided out of the housing end part and is thus positioned on the rotor shaft in the assembled state of the housing end part and the central housing.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuseendteil Kühlrippen zur passiven Kühlung und/oder von einem Kühlfluid durchströmbare Kühlkanäle zur aktiven Kühlung der Inverterelektronik aufweist. Beispielsweise können die Kühlrippen zur Kühlung der AC-Anschlussfelder verwendet werden. Dazu können die Kühlrippen an der Abdeckung angeordnet sein oder einteilig mit der Abdeckung ausgebildet sein. Die Kühlkanäle können beispielsweise zur Kühlung der Kondensatoren verwendet werden und über die Kondensatoren verlaufen.It is also advantageous if the housing end part has cooling ribs for passive cooling and / or cooling channels through which a cooling fluid can flow for active cooling of the inverter electronics. For example, the cooling fins can be used to cool the AC connection panels. For this purpose, the cooling fins can be arranged on the cover or can be formed in one piece with the cover. The cooling channels can be used, for example, to cool the capacitors and run over the capacitors.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit. Das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Dabei ist die Rotationsachse der elektrischen Antriebsmaschine der Antriebseinheit parallel zu einer Fahrzeugquerrichtung orientiert.The invention also relates to a motor vehicle with an electric drive unit according to the invention. The electrically drivable motor vehicle is designed in particular as a passenger vehicle. The axis of rotation of the electric drive machine of the drive unit is oriented parallel to a transverse direction of the vehicle.
Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Inverter vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the inverter according to the invention and their advantages apply accordingly to the electric drive unit according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinheit für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug aus einer ersten Perspektive; -
2 die Antriebseinheit aus einer zweiten Perspektive; -
3 eine schematische Darstellung einer ersten Schicht einer Inverterelektronik eines Inverters der Antriebseinheit; -
4 eine schematische Darstellung einer Wandlerschaltung der Inverterelektronik auf einem Kunststoffträger; -
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Schicht der Inverterelektronik; -
6 eine schematische Darstellung einer dritten Schicht der Inverterelektronik; -
7 eine schematische Darstellung einer vierten Schicht der Inverterelektronik; und -
8 eine schematische Darstellung einer fünften Schicht der Inverterelektronik.
-
1 a schematic representation of a drive unit for an electrically drivable motor vehicle from a first perspective; -
2 the drive unit from a second perspective; -
3 a schematic representation of a first layer of inverter electronics of an inverter of the drive unit; -
4th a schematic representation of a converter circuit of the inverter electronics on a plastic carrier; -
5 a schematic representation of a second layer of the inverter electronics; -
6th a schematic representation of a third layer of the inverter electronics; -
7th a schematic representation of a fourth layer of the inverter electronics; and -
8th a schematic representation of a fifth layer of the inverter electronics.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
Das zweite Gehäuseendteil
Der Inverter
In
Die Wandlerschaltungen
Die Inverterelektronik
Jede Stromschiene
Der Träger
In
Die Elektroden
In
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020105554.4A DE102020105554A1 (en) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | At least six-phase inverter, electric drive unit and motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020105554.4A DE102020105554A1 (en) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | At least six-phase inverter, electric drive unit and motor vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102020105554A1 true DE102020105554A1 (en) | 2021-09-02 |
Family
ID=77271205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020105554.4A Pending DE102020105554A1 (en) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | At least six-phase inverter, electric drive unit and motor vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020105554A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021130767A1 (en) | 2021-11-24 | 2023-05-25 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Electric drive train with an electric interface and electric vehicle with such an electric drive train |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015214465A1 (en) | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Denso Corporation | CONTROL DEVICE AND ELECTRIC POWER STEERING DEVICE |
DE102019112268A1 (en) | 2018-05-15 | 2019-11-21 | MAKETRONIC e.U. | synchronous motor |
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2020
- 2020-03-02 DE DE102020105554.4A patent/DE102020105554A1/en active Pending
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