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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Antrieb mit einer E-Maschine und einem Gehäuse mit einer Leistungselektronik-Baugruppe, die an einem Lagerschild der E-Maschine untergebracht ist, wobei das Gehäuse und ein Leistungselektronik-Gehäuse von einem Kühlfluid durchströmt sind. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des elektrischen Antriebs in einem E-Achsen-Modul im Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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DE 10 2015 216 055 B4 betrifft ein Kühlsystem für eine elektrische Maschine. Das Kühlsystem umfasst wenigstens einen Lagerschild und wenigstens eine Kühlmittelverteilerplatte, wobei der Lagerschild und die Kühlmittelverteilerplatte eingerichtet sind, gemeinsam einen dreidimensionalen mäanderförmigen Kühlkanal zu bilden. Zum Ausbilden eines dreidimensionalen Verlaufs des Kühlkanals ragen mehrere vertikale Stege und mehrere axiale Stege in den Kühlkanal hinein, wobei sich die mehreren vertikalen und die mehreren axialen Stege um eine Drehachse der elektrischen Maschine herum mit einem Abstand zueinander abwechseln. Dabei sind die mehreren vertikalen Stege am Lagerschild und die mehreren axialen Stege an der Kühlmittelverteilerplatte angeordnet.
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DE 10 2009 014 961 A1 bezieht sich auf eine Elektromaschine, welche eine Statorwicklung und ein Gehäuse umfasst. Auf dem Gehäuse ist ein Anschlusskasten aufgesetzt. Die Statorwicklung wird aus einer Leistungselektronik gespeist, deren Ansteuersignale von einer Signalelektronik erzeugt werden. Der Anschlusskasten umfasst ein mit dem Gehäuse verbundenes Anschlusskastenunterteil und mindestens zwei Anschlusskastendeckel, die jeweils mit dem Anschlusskastenunterteil verbunden sind. Die Signalelektronik und die Leistungselektronik sind in Umfangsrichtung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Gehäuses der elektrischen Maschine voneinander beabstandet im Anschlusskasten untergebracht. Das Gehäuse weist einen Eintrittsraumbereich für ein Kühlmedium auf, aus dem mehrere Kühlkanäle herausgeführt sind, die in Umfangsrichtung des Gehäuses verlaufen und in einen gemeinsamen Austrittsraumbereich münden. Ein Anschluss zum Einlassen des Kühlmediums ist mit dem Eintrittsraumbereich verbunden und ein Anschluss zum Auslassen des Kühlmediums mit dem Austrittsraum.
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Bei elektrischen Fahrzeugantrieben sind elektrische Maschine, Getriebe und Leistungselektronik häufig zu einer Baugruppe, die als E-Achsen-Modul bezeichnet wird, zusammengefasst. Durch diese Ausführung wird die Führung des Kühlfluids vereinfacht. Dieses strömt vom Fahrzeugkühler kommend zuerst durch einen Wärmetauscher in einer Leistungselektronik zur Bauelementekühlung und von dort direkt in das Gehäuse des Elektromotors. Nach der Kühlung des Elektromotors fließt es wieder zurück zum Fahrzeugkühler.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein elektrischer Antrieb mit einer E-Maschine und einem Gehäuse samt einer Leistungselektronik vorgeschlagen, wobei die Leistungselektronik-Baugruppe an einem Lagerschild der E-Maschine untergebracht ist und das Gehäuse und ein Leistungselektronik-Gehäuse von einem Kühlfluid durchströmt sind. Die Leistungselektronik-Baugruppe ist in mehreren Winkelpositionen in Bezug auf eine Achse der E-Maschine montierbar.
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Dadurch kann in vorteilhafter Weise der elektrische Antrieb, eine elektrische Maschine, ein Getriebe und eine Leistungselektronik umfassend, an unterschiedliche Einbauräume von Fahrzeugen angepasst werden. Da an der Leistungselektronik-Baugruppe sowohl die elektrischen Anschlüsse als auch die Kühlfluidanschlüsse untergebracht sind, ist durch die variable Anordnung der Leistungselektronik-Baugruppe in verschiedenen Winkelpositionen eine sehr vorteilhafte, da flexibel gestaltbare, Unterbringung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antriebs möglich.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist der elektrische Antrieb derart ausgestaltet, dass die Leistungselektronik-Baugruppe neben dem Leistungselektronik-Gehäuse einen Wärmetauscher umfasst.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antriebs nimmt das Leistungselektronik-Gehäuse der Leistungselektronik-Baugruppe sowohl elektrische Anschlüsse als auch Kühlfluidanschlüsse auf. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass mit geringstmöglichen Modifikationen eine Montage der Leistungselektronik-Baugruppe in unterschiedlichen Winkelpositionen zu einer optimalen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Einbauraums für den elektrischen Antrieb genutzt werden kann.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antrieb umfassen die Winkelpositionen eine 8-Uhr-Position, eine 11-Uhr-Position und eine 5-Uhr-Position der Leistungselektronik-Baugruppe bezüglich der E-Achse der E-Maschine. Durch die Vorgabe der hier beispielhaft genannten Winkelpositionen können in vorteilhafter Weise die elektrischen Anschlüsse beziehungsweise die zu diesen führenden Anschlussleitungen beziehungsweise die Kühlfluidleitungen zu den Kühlfluidanschlüssen vorkonfektioniert werden, sodass sich in den genannten Winkelpositionen standardisierte Bauteile verwenden lassen.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antrieb besteht andererseits auch die Möglichkeit, die Winkelpositionen der Leistungselektronik-Baugruppe bezüglich der Achse der E-Maschine abhängig vom zur Verfügung stehenden Einbauraum für den elektrischen Antrieb im Fahrzeug zu wählen. Je nachdem in welcher Winkelposition die Leistungselektronik-Baugruppe in Bezug auf die Achse der E-Maschine angeordnet wird, können Einbauräume flexibel genutzt werden.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antrieb strömt das Kühlfluid von einem Fahrzeugkühler dem Wärmetauscher zu, der in der Leistungselektronik-Baugruppe untergebracht ist, bevor das Kühlfluid das Gehäuse der E-Maschine durchströmt und von dort zum Fahrzeugkühler zurückströmt. Dadurch ergibt sich ein geschlossener Kühlkreislauf mit dessen Hilfe Wärme der elektrischen Maschine einerseits und den Leistungsbau-Elementen der Leistungselektronik andererseits entzogen werden kann, die über den Fahrzeugkühler an die Umgebung abgegeben wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antriebs kann die Leistungselektronik-Baugruppe unabhängig von Befestigungspunkten im Fahrzeug in verschiedenen Winkelpositionen um die Drehachse der E-Maschine im Einbauraum untergebracht werden. Vorteilhaft ist die sehr große Flexibilität hinsichtlich der Platzierung der Leistungselektronik, da diese in verschiedenen Drehwinkeln in Bezug auf die Achse der E-Maschine angebracht werden kann. Somit wird mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein E-Achsen-Modul in Kundenbauräumen untergebracht werden können.
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In einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antriebs ist die Leistungselektronik-Baugruppe gemeinsam mit einem oder mehreren Befestigungspunkten im Fahrzeug in verschiedenen Winkelpositionen im Einbauraum untergebracht. Befestigungspunkte sind Verbindungspunkte eines erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antriebs zur Fahrzeugkarosserie. Wenn diese Befestigungspunkte, die beispielsweise als Verschraubungen ausgebildet werden können, zwischen dem elektrischen Antrieb und dem Fahrzeug unter anderem an der Leistungselektronik vorgesehen sind, dann sind diese Befestigungspunkte entsprechend der verdrehten Montageposition der Leistungselektronik am elektrischen Antrieb mit zu verdrehen, sofern die Leistungselektronik zum Einpassen in einen zur Verfügung stehenden Einbauraum zu verdrehen ist.
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Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des elektrischen Antriebs in einem E-Achsen-Modul im Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann der zur Verfügung stehende Einbauraum für einen elektrischen Antrieb in optimaler Weise ausgenutzt werden. Die Montage der Leistungselektronik-Baugruppe ist in mehreren, bezogen auf die Achse der E-Maschine verdrehten, Winkelpositionen möglich. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird die Leistungselektronik abhängig von der gewählten Winkelposition verdreht. Mit dem Verdrehen der Leistungselektronik-Baugruppe, die das Leistungselektronik-Gehäuse umfasst, erfolgt eine Verdrehung der an diesen Bauteilen ausgebildeten elektrischen Anschlüsse beziehungsweise der KühlfluidAnschlüsse. Durch eine geringfügige Modifikation der Leitungslängen der elektrischen Anschlussleitungen für die elektrischen Anschlüsse sowie der Kühlfluidleitungen für das Kühlfluid kann den unterschiedlichen Winkelpositionen, in denen die Leistungselektronik-Baugruppe untergebracht werden kann, Rechnung getragen werden.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die Einbaumaße des E-Achsen-Moduls in optimaler Weise an den vorhandenen Einbauraum beim Fahrzeughersteller angepasst werden.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene flexible Anordnung der Leistungselektronik ist auch der an dieser angebrachte Kühlmitteleinlass und der dadurch beeinflusste Kühlmittelübergang von Leistungselektronik zum Systemgehäuse des elektrischen Antriebs flexibel positionierbar. Dadurch kann eine optimierte effiziente Kühlung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antriebs sichergestellt werden, da der Kühlmitteleingang beziehungsweise die Kühlmittelübergabe sowie der Kühlmittelausgang so angebracht werden können, dass sich keine Luft innerhalb des Kühlsystems befindet, sondern ausschließlich Kühlmittel, was den Wirkungsgrad der Kühlung erheblich verbessert.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 einen elektrischen Antrieb mit einer Leistungselektronik-Baugruppe angeordnet in einer 8-Uhr-Position,
- 2 den elektrischen Antrieb mit einer Leistungselektronik-Baugruppe verdreht in einer 11-Uhr-Position und
- 3 eine Leistungselektronik-Baugruppe in einer Winkelposition, die der 5-Uhr-Position entspricht.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Der Darstellung gemäß 1 ist ein elektrischer Antrieb 10 zu entnehmen, der eine in einem Gehäuse 14 untergebrachte E-Maschine 12 umfasst. Eine Achse der E-Maschine 12 ist mit Bezugszeichen 16 bezeichnet. Darüber hinaus umfasst der elektrische Antrieb 10 gemäß der Darstellung in 1 eine Leistungselektronik-Baugruppe 18. Diese ist in einem Leistungselektronik-Gehäuse 20 untergebracht, in dem des Weiteren ein nicht näher dargestellter Wärmetauscher 22 eingelassen ist.
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Der Wärmetauscher 22 der Leistungselektronik-Baugruppe 18 dient der Kühlung der in der Leistungselektronik-Baugruppe 18 verbauten Leistungselektronik-Bauelemente durch ein Kühlfluid. Dieses strömt dem Wärmetauscher 22 von einem Fahrzeugkühler 24 zu, der in 1 nur schematisch dargestellt ist. Das Kühlfluid, welches vom Fahrzeugkühler 24 zuströmt, strömt über Kühlfluidanschlüsse 28 in das Leistungselektronik-Gehäuse 20 ein. Die Leistungselektronik-Baugruppe 18 ist in der Darstellung gemäß 1 in einer Winkelposition 36 dargestellt, die einer 8-Uhr-Position 38 entspricht.
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Der Darstellung gemäß 2 ist zu entnehmen, dass in dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Leistungselektronik-Baugruppe 18, die das Leistungselektronik-Gehäuse 20 umfasst, in Bezug auf den Abstand 32 von der Achse 16 der E-Maschine 12 in einer 11-Uhr-Position 40 angeordnet ist. Auch in dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen elektrischen Antriebs 10 ist der Wärmetauscher 22, der im Leistungselektronik-Gehäuse 20 der Leistungselektronik-Baugruppe 18 angebracht ist, über Kühlfluidanschlüsse 28 mit dem Fahrzeugkühler 24 verbunden. Kühlfluid gelangt vom Fahrzeugkühler 24 zum Wärmetauscher 22 im Leistungselektronik-Gehäuse 20 und nimmt die Abwärme der Leistungselektronik-Bauelemente der Leistungselektronik-Baugruppe 18 auf. Darüber hinaus sind am Leistungselektronik-Gehäuse 20 der Leistungselektronik-Baugruppe 18 elektrische Anschlüsse 30 aufgenommen.
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Durch die Aufnahme der elektrischen Anschlüsse 30 sowie der Kühlfluidanschlüsse 28 am Leistungselektronik-Gehäuse 20 werden bei dessen Montage in einer bestimmten Winkelposition 36 die erwähnten Anschlüsse, d. h. die Kühlfluidanschlüsse 28 und die elektrischen Anschlüsse 30, mit verdreht. Dies ermöglicht in einfacher Weise eine flexible Anpassung des elektrischen Antriebs 10 insbesondere der Positionierung der Leistungselektronik-Baugruppe 18 in Bezug auf den Umfang 34 des Rotormantels der E-Maschine 12. Je nach zur Verfügung stehendem Einbauraum für den elektrischen Antrieb 10 gemäß der 2 kann die Leistungselektronik-Baugruppe 18 in einer Winkelposition 36 verbaut werden, in der genügend Platz vorliegt, um die Leistungselektronik-Baugruppe 18 unterzubringen und darüber hinaus, um eine günstige Zugänglichkeit für die Kühlfluidanschlüsse 28 und die elektrischen Anschlüsse 30 darzustellen.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass das Gehäuse 14 der E-Maschine 12 einen Lagerschild 26 umfasst, bei dem es sich beispielsweise um einen rückwärtigen Lagerschild 26 handeln kann. An diesem kann in einer Ausführungsmöglichkeit des elektrischen Antriebs 10 die Leistungselektronik-Baugruppe 18 aufgenommen sein.
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Der Darstellung gemäß 3 ist eine 5-Uhr-Position 42 der Leistungselektronik-Baugruppe 18 zu entnehmen. Die Leistungselektronik-Baugruppe 18 gemäß der Ausführungsvariante, die in 3 dargestellt ist, ist im Abstand 32 in Bezug auf die Achse 16 der E-Maschine 12 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 befindet sich die Leistungselektronik-Baugruppe 18 in der 5-Uhr-Position 42. Auch in dieser Ausführungsvariante sind am Leistungselektronik-Gehäuse 20 die elektrischen Anschlüsse 30, die Kühlfluidanschlüsse 28 sowie der Wärmetauscher 22 untergebracht.
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Kühlfluid strömt dem Wärmetauscher 22 über den Fahrzeugkühler 24 zu, gelangt über die Kühlfluidanschlüsse 28 des Leistungselektronik-Gehäuses 20 zum Wärmetauscher 22 und strömt von diesem einer hier nicht näher dargestellten Motorkühlgeometrie zu. Das Kühlfluid nimmt die Abwärme der E-Maschine 12 des elektrischen Antriebs 10 auf und strömt entsprechend erwärmt zum Fahrzeugkühler 24 zurück, was in den Darstellungen gemäß den 1 bis 3 nicht näher dargestellt ist. Über den Kühlkreislauf leitet das Kühlfluid die Abwärme der Leistungselektronik-Bauelemente und die Abwärme der E-Maschine 12 nach Passage der Motorkühlgeometrie beim Rückströmen zum Fahrzeugkühler 24, der die Abwärme an die Umgebung abgibt.
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Aus den Darstellungen gemäß der 2 und 3 gehen zudem Befestigungspunkte 46 hervor, zum Beispiel Verschraubungen, mit denen die Leistungselektronik-Baugruppe 18 entsprechend des zur Verfügung stehenden Einbauraums im Fahrzeugs dort in verschiedenen Winkelpositionen 36 befestigt werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015216055 B4 [0002]
- DE 102009014961 A1 [0003]
