DE102022123279A1

DE102022123279A1 - Elektrische Maschine und Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine

Info

Publication number: DE102022123279A1
Application number: DE102022123279.4A
Authority: DE
Inventors: Vitali Reh; Philipp Mattes; Filip Badáň
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrische Maschine (1), insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend einen durch eine in einem Invertergehäuse (4) aufgenommene Leistungselektronik (5) bestrombaren Stator (6), wobei eine elektrische Schnittstelle (7) zwischen der Leistungselektronik (5) und dem Stator (6) ausgebildet ist, welche eine in das Invertergehäuse (4) hineinragende, elektrisch mit dem Stator (6) verbundene erste Stromschiene (8) und eine in dem Invertergehäuse (4) verlaufende, mit der Leistungselektronik (5) verbundene zweite Stromschiene (9) aufweist, welche mittels eines Befestigungselements (10) elektrisch leitend in einem Kontaktierungsabschnitt (11) der elektrischen Schnittstelle (7) miteinander verbunden sind, wobei das Invertergehäuse (4) eine Montageöffnung (12) aufweist, durch die die elektrische Schnittstelle (7) von außerhalb des Invertergehäuses (4) erreichbar ist und die Montageöffnung (12) von einer Montagehülse (13) durchgriffen und die Montagehülse (13) durch ein Verschlusselement (14) verschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen durch eine in einem Invertergehäuse aufgenommene Leistungselektronik bestrombaren Stator, wobei eine elektrische Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und dem Stator ausgebildet ist, welche eine in das Invertergehäuse hineinragende, elektrisch mit dem Stator verbundene erste Stromschiene und eine in dem Invertergehäuse verlaufende, mit der Leistungselektronik verbundene zweite Stromschiene aufweist, welche mittels eines Befestigungselements elektrisch leitend in einem Kontaktierungsabschnitt der elektrischen Schnittstelle miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
Zunehmend werden in derartigen E-Achsen auch Axialflussmaschinen eingesetzt. Eine Axialflussmaschine bezeichnet eine dynamoelektrische Maschine, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse des Rotors verläuft. Häufig sind sowohl Stator als auch Rotor weitgehend scheibenförmig ausgebildet. Axialflussmaschinen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn der axial zur Verfügung stehende Bauraum in einem gegebenen Anwendungsfall begrenzt ist. Dies ist beispielsweise vielfach beiden eingangs beschriebenen elektrischen Antriebsystemen für Elektrofahrzeuge der Fall. Neben der verkürzten axialen Baulänge liegt ein weiterer Vorteil der Axialflussmaschine in ihrer vergleichsweisen hohen Drehmomentdichte. Ursächlich hierfür ist die im Vergleich zu Radialflussmaschinen größere Luftspaltfläche, die bei einem gegebenen Bauraum zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein geringeres Eisenvolumen im Vergleich zu konventionellen Maschinen notwendig, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
Derartige elektrische Axialfluss-, wie auch Radialflussmaschinen - werden üblicherweise mit einem Leistungselektronik-Modul bestromt, das auch als Inverter bezeichnet wird. Hierbei besteht zunächst ein anhaltendes Bedürfnis, den Inverter und die elektrische Maschine möglichst kompakt auszuführen und fertigungs- bzw. montagetechnisch besonders vorteilhaft auszubilden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, deren elektrische Schnittstelle einfach in der Montage und kostengünstig in der Herstellung ist. Ferner soll die elektrische Maschine kompakt im sein. Schließlich ist es auch die Aufgabe der Erfindung, ein montagefreundliches Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen durch eine in einem Invertergehäuse aufgenommene Leistungselektronik bestrombaren Stator, wobei eine elektrische Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und dem Stator ausgebildet ist, welche eine in das Invertergehäuse hineinragende, elektrisch mit dem Stator verbundene erste Stromschiene und eine in dem Invertergehäuse verlaufende, mit der Leistungselektronik verbundene zweite Stromschiene aufweist, welche mittels eines Befestigungselements elektrisch leitend in einem Kontaktierungsabschnitt der elektrischen Schnittstelle miteinander verbunden sind, wobei das Invertergehäuse eine Montageöffnung aufweist, durch die die elektrische Schnittstelle von außerhalb des Invertergehäuses erreichbar ist und die Montageöffnung von einer Montagehülse durchgriffen und die Montagehülse durch ein Verschlusselement verschlossen ist.
Hierdurch wird u.a. der Vorteil erzielt, dass sehr hohe Anforderungen an die Staubund Mediendichtigkeit des Invertergehäuses erfüllt werden können. Ferner erlaubt die erfindungsgemäße elektrische Maschine eine Vormontage der Leistungselektronik bzw. des Invertergehäuses. Erfindungsgemäß ist hierzu eine Montagehülse vorgesehen, um das Invertergehäuse der Leistungselektronik zu durchdringen, so dass eine elektrische Verbindung zwischen einer Stromschiene der Leistungselektronik und einer Stromschiene des Stators durch die Montagehülse hindurch hergestellt werden kann.
Die elektrische Maschine kann insbesondere Teil eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs sein. Ein elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang umfasst eine elektrische Maschine und bevorzugt eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Getriebeanordnung. Die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine bilden eine bauliche Einheit. Diese kann beispielsweise mittels eines Antriebsstranggehäuses gebildet sein, in welchem die Getriebeanordnung und die elektrische Maschine gemeinsam aufgenommen sind.
Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und/oder das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung des Getriebes gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Das Getriebegehäuse ist ein Gehäuse zur Aufnahme eines Getriebes. Es hat die Aufgabe, vorhandene Wellen jeweils über die Lager zu führen und den Rädern (eventuell Kurvenscheiben) bei allen Belastungen diejenigen Freiheitsgrade zu gewähren, derer sie bedürfen, ohne sie in der Dreh- und eventuell Bahnbewegung zu behindern, sowie Lagerkräfte und Abstützmomente aufzunehmen. Ein Getriebegehäuse kann ein- oder mehrschalig, das heißt, ungeteilt oder geteilt ausgebildet sein. Das Gehäuse sollte insbesondere auch sowohl Geräusche und Vibrationen dämpfen, als auch Schmierstoff sicher aufnehmen können. Das Getriebegehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt.
Die Getriebeanordnung ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird. Bevorzugt ist die Getriebeanordnung als ein Planetengetriebe ausgebildet, ganz besonders bevorzugt als ein schaltbares, insbesondere zweigängiges Planetengetriebe.
Das Motorgehäuse umhaust die elektrische Maschine. Ein Motorgehäuse kann darüber hinaus auch die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmen. Das Motorgehäuse kann darüber hinaus auch Bestandteil eines Kühlsystems für die elektrische Maschine und derart ausgebildet sein, dass Kühlfluid über das Motorgehäuse der elektrischen Maschine zugeführt werden und/oder die Wärme über die Gehäuseflächen nach außen abgeführt werden kann. Darüber hinaus schützt das Motorgehäuse die elektrische Maschine sowie die ggf. vorhandene Elektronik vor äußeren Einflüssen.
Ein Motorgehäuse kann insbesondere aus einem metallischen Material gebildet sein. Vorteilhafter Weise kann das Motorgehäuse aus einem metallischen Gussmaterial, wie zum Beispiel Aluminiumdruckguss, Magnesiumdruckguss, Grauguss oder Stahlguss geformt sein.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Getriebegehäuse und das Motorgehäuse abschnittsweise oder vollständig einstückig, insbesondere monolithisch, ausgebildet sind. Ferner ist es möglich, um beispielsweise eine besonders hohe Systemintegration zu realisieren, dass ein Teil des Getriebegehäuses als Teil eines Motorgehäuses und/oder ein Teil des Motorgehäuses als Teil des Getriebegehäuses ausgeformt sind/ist.
Die elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und sie umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich, insbesondere drehbar, angeordneten Teil.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine ist bevorzugt als Axialflussmaschine ausgebildet. Der magnetische Fluss in einer elektrischen Axialflussmaschine (AFM) ist im Luftspalt zwischen Stator und Rotor axial zu einer Rotationsrichtung des Rotors der Axialflussmaschine gerichtet. Es gibt unterschiedliche Typen von Axialflussmaschinen. Ein bekannter Typ ist eine sogenannte I-Anordnung, bei der der Rotor axial neben einem Stator oder zwischen zwei Statoren angeordnet ist. Ein anderer bekannter Typ ist eine sogenannte H-Anordnung, bei der zwei Rotoren auf gegenüberliegenden axialen Seiten eines Stators angeordnet sind. Die elektrische Axialflussmaschine ist bevorzugt als I-Typ konfiguriert.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl von Rotor-Stator-Konfigurationen als I-Typ und/oder H-Typ axial nebeneinander angeordnet sind. Auch wäre es in diesem Zusammenhang möglich, sowohl eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des I-Typs sowie eine oder mehrere Rotor-Stator-Konfigurationen des H-Typs in axialer Richtung nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es auch zu bevorzugen, dass die Rotor-Stator-Konfiguration des H-Typs und/oder des I-Typs jeweils im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, so dass diese modulartig zu einer Gesamtkonfiguration zusammengefügt werden können. Derartige Rotor-Stator-Konfigurationen können insbesondere koaxial zueinander angeordnet sein sowie mit einer gemeinsamen Rotorwelle oder mit mehrere Rotorwellen verbunden sein.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Kleinkrafträder, Leichtkraftfahrzeuge, Krafträder, Kraftomnibusse (KOM) oder Zugmaschinen.
Die Leistungselektronik ist ein einem Invertergehäuse aufgenommen. Das Invertergehäuse kann bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt sein. Besonders bevorzugt besitzt das Invertergehäuse eine topfartige Raumform. Das Invertergehäuse kann von einem Deckel verschlossen werden.
Das Invertergehäuse kann auch Bestandteil des Motorgehäuses sein oder umgekehrt. Dies bedeutet, dass das Invertergehäuse ganz oder teilweise einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Motorgehäuse ausgebildet ist.
Die in dem Invertergehäuse aufgenommene Leistungselektronik kann insbesondere für eine elektrische Maschine eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Die Leistungselektronik ist bevorzugt ein Verbund verschiedener Komponenten, welche einen Strom an die elektrische Maschine des Achsantriebsstrang steuern oder regeln, bevorzugt inklusive hierzu benötigter peripherer Bauteile wie Kühlelemente oder Netzteile. Insbesondere enthält die Leistungselektronik ein oder mehrere Leistungselektronikbauteile, welche zur Steuerung oder Regelung eines Stroms eingerichtet sind. Dabei handelt es sich besonders bevorzugt um einen oder mehrere Leistungsschalter, z.B. Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt weist die Leistungselektronik mehr als zwei, besonders bevorzugt drei voneinander getrennte Phasen bzw. Strompfade mit mindestens je einem eigenen Leistungselektronikbauteil auf.
Die Leistungselektronik ist bevorzugt ausgelegt, pro Phase eine Leistung mit einer Spitzenleistung, bevorzugt Dauerleistung, von mindestens 10 W, bevorzugt mindestens 100 W besonders bevorzugt mindestens 1000 W zu steuern oder regeln.
Bevorzugt weist die Leistungselektronik zusätzlich Steuerelektronik und/oder Sensorelektronik für den elektrischen Achsantriebsstrang auf, z.B. einen ACU. Das Leistungselektronikmodul weist bevorzugt einen Motorstromanschluss und/oder einen elektrischen Signal- und/oder Kupplungsaktoranschluss und/oder einen Kühlmittelanschluss auf, welche jeweils mit einem entsprechenden Anschluss angebunden sind.
Der elektrische Achsantriebsstrang ist mittels des Leistungselektronikmoduls betreibbar, bevorzugt, indem das Leistungselektronikmodul Strom in den elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang leitet, z.B. an eine Statorwicklung der elektrischen Maschine.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Invertergehäuse einen Deckel umfasst, mittels dessen das Invertergehäuse verschlossen ist, wobei die in das Invertergehäuse hineinragende erste Stromschiene den Deckel durchgreift und der Deckel ferner die Montageöffnung oder eine Deckelöffnung aufweist, welche von der Montagehülse durchgriffen wird.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass das Invertergehäuse so besonders kompakt und fertigungstechnisch günstig herstellbar ist. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang ferner, dass der Deckel so an oder in dem Invertergehäuse angeordnet ist, dass er die Leistungselektronik von der elektrischen Schnittstelle trennt und so der Bereich um die Leistungselektronik vollständig gekapselt ist und diese Kapslung auch nicht während der Montage und Herstellung der elektrischen Anschlüsse aufgehoben wird, da diese Montage außerhalb des gepaspelten Bereichs der Leistungselektronik erfolgt.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Invertergehäuse zumindest abschnittsweise in ein die elektrische Maschine zumindest teilweise umfassendes Gehäuse aufgenommen ist, wobei das Gehäuse eine Gehäuseöffnung aufweist, welche von der Montagehülse durchgriffen ist, was fertigungs- und montagetechnisch besonders günstig ist.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass an der Montagehülse wenigstens zwei Dichtungselemente angeordnet sind, welche das Invertergehäuse gegenüber der Montagehülse abdichten, wodurch die Dichtigkeitseigenschaften weiter verbessert werden können.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eines der Dichtungselemente an der Montagehülse und dem Invertergehäuse sowie eines der Dichtungselemente an der Montagehülse und dem Gehäuse anliegt, was ebenfalls zu einer verbesserten Abdichtung des Invertergehäuses beiträgt.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das Befestigungselement eine Schraube ist, was sich montagetechnisch als besonders günstig erwiesen hat.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Leistungselektronik an einer senkrecht zu einer Rotationsachse der elektrischen Maschine verlaufenden Stirnseite der elektrischen Maschine positioniert ist. Hierdurch kann ein radial besonders kompakter Aufbau erreicht werden.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die erste Stromschiene sich im Wesentlichen in axialer Richtung und die Montagehülse sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Hierdurch kann eine Steckmontage aus axialer Richtung erfolgen, beispielsweise indem das Invertergehäuse axial an die elektrische Maschine herangeschoben wird. Ein Aufstecken hat sich als besonders montagefreundlich erwiesen.
Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine als Axialflussmaschine ausgeführt ist, so dass ein axial wie radial kompakter Aufbau realisierbar wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine umfassend die folgenden Schritte:

Bereitstellung einer in einem Invertergehäuse aufgenommenen Leistungselektronik zur Bestromung eines Stators, wobei eine elektrische Schnittstelle zwischen der Leistungselektronik und dem Stator ausbildbar ist, welche eine in das Invertergehäuse hineinragende, elektrisch mit dem Stator verbundene erste Stromschiene und eine in dem Invertergehäuse verlaufende, mit der Leistungselektronik verbundene zweite Stromschiene aufweist, wobei das Invertergehäuse eine Montageöffnung aufweist, durch die die elektrische Schnittstelle von außerhalb des Invertergehäuses erreichbar ist
Einsetzen der ersten Stromschiene in das Invertergehäuse,
Einsetzen einer Montagehülse in die Montageöffnung,
Herstellen und Sichern der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene durch Zuführen eines Befestigungselements durch die Montagehülse hindurch,
Verschluss der Montagehülse mittels eines Verschlusselements.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
2 eine erste Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle in einer Axialschnittansicht,
3 eine zweite Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle in einer Axialschnittansicht in einem ersten Montagezustand,
4 eine zweite Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle in einer Axialschnittansicht in einem zweiten Montagezustand,
5 eine dritte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
6 eine vierte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
7 eine fünfte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
8 eine sechste Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
9 eine siebte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
10 eine achte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
11 eine neunte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
12 eine zehnte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht.
13 eine elfte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
14 eine zwölfte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
15 eine dreizehnte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht,
16 eine vierzehnte Ausführungsform einer elektrischen Schnittstelle und einer elektrischen Maschine in einer schematischen Axialschnittansicht.

Die 1 zeigt eine elektrische Maschine 1 für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeugs 3. Die elektrische Maschine 1 ist dabei bevorzugt als Axialflussmaschine ausgeführt.
Die elektrische Maschine 1 umfasst einen durch eine in einem Invertergehäuse 4 aufgenommene Leistungselektronik 5 bestrombaren Stator 6, wobei eine elektrische Schnittstelle 7 zwischen der Leistungselektronik 5 und dem Stator 6 ausgebildet ist, welche eine in das Invertergehäuse 4 hineinragende, elektrisch mit dem Stator 6 verbundene erste Stromschiene 8 und eine in dem Invertergehäuse 4 verlaufende, mit der Leistungselektronik 5 verbundene zweite Stromschiene 9 aufweist, welche mittels eines Befestigungselements 10, in den gezeigten Ausführungsformen eine Schraube, elektrisch leitend in einem Kontaktierungsabschnitt 11 der elektrischen Schnittstelle 7 miteinander verbunden sind. Dies ist beispielsweise in den 2-4 gut zu erkennen.
Das Invertergehäuse 4 weist eine Montageöffnung 12 auf, durch die die elektrische Schnittstelle 7 von außerhalb des Invertergehäuses 4 erreichbar ist und die Montageöffnung 12 von einer Montagehülse 13 durchgriffen und die Montagehülse 13 durch ein Verschlusselement 14 verschlossen ist. Das Verschlusselement kann beispielsweise als Schraubverschluss oder Verschlussstopfen ausgeführt sein.
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Schnittstelle 7, bei der die hohlzylindrische Montagehülse 13 an ihrem von der Schnittstelle 7 wegweisenden Ende einen flanschartigen Kragen 22 aufweist, der unter Zwischenschaltung eines Dichtungselements 19 an dem Invertergehäuse 4 anliegt. In dieser Variante wird die Montagehülse 13 von außen in die Montageöffnung 12 des Invertergehäuses 4 gesteckt. Hierbei durchgreift die Montagehülse 13 sowohl das Invertergehäuse 4 als auch den Deckel 15 des Invertergehäuses 4. Die Montagehülse 13 ist an ihrem in das Invertergehäuse 4 hineinragende Ende mit einem Sicherungsring 23 gegen ein Herausziehen oder Herausrutschen gesichert.
In den 3-4 ist eine hierzu abweichende Variante gezeigt, bei der die Montagehülse 13 von innen durch die Montageöffnung 12 gesteckt ist. Entsprechend ist die Montagehülse 13 in den Ausführungsformen der 3-4 gegenüber der Ausführungsform der 3 um 180° gedreht in der Montageöffnung 12 positioniert.
Aus den 3-4 ist ferner ersichtlich, dass das Invertergehäuse 4 einen Deckel 15 umfasst, mittels dessen das Invertergehäuse 4 verschlossen ist, wobei die in das Invertergehäuse 4 hineinragende erste Stromschiene 8 den Deckel 15 durchgreift und der Deckel 15 ferner eine Deckelöffnung 16 aufweist, welche von der Montagehülse 13 durchgriffen wird. Dabei ist das Invertergehäuse 4 zumindest abschnittsweise in ein die elektrische Maschine 1 zumindest teilweise umfassendes Gehäuse 17 aufgenommen, wobei das Gehäuse 17 eine Gehäuseöffnung 18 aufweist, welche ebenfalls von der Montagehülse 13 durchgriffen ist.
In den gezeigten Ausführungsformen der 2-4 sind an der Montagehülse 13 wenigstens zwei Dichtungselemente 19 angeordnet, welche das Invertergehäuse 4 gegenüber der Montagehülse 13 abdichten.
In den 3-4 liegt eines der Dichtungselemente 19 an der Montagehülse 13 und dem Invertergehäuse 4 sowie ein weiteres der Dichtungselemente 19 an der Montagehülse 13 und dem Gehäuse 17 an.
In den gezeigten Ausführungsformen ist die Leistungselektronik 5 an einer senkrecht zu einer Rotationsachse 20 der elektrischen Maschine 1 verlaufenden Stirnseite 21 der elektrischen Maschine 1 positioniert. Hierbei erstrecken sich die erste Stromschiene 8 im Wesentlichen in axialer Richtung und die Montagehülse 13 im Wesentlichen in radialer Richtung.
In den 5-13 sind verschiedene Ausführungsformen eines Invertergehäuses 4 und des Deckels 15 des Invertergehäuses 4 sowie der Gehäuse 17 gezeigt und werden nachfolgend kurz erläutert.
5 zeigte eine Variante, bei der lediglich das Invertergehäuse 4 von der Montagehülse 13 durchgriffen ist. 6 zeigt eine Ausgestaltungsalternative, bei der das Invertergehäuse 4 in das Gehäuse 17 der elektrischen Maschine 1 aufgenommen ist, wobei dann das Invertergehäuse 4 und das Gehäuse 17 von der Montagehülse 13 durchgriffen wird. Eine weitere Alternative zeigt die 7, bei der das Invertergehäuse 4 und die elektrische Maschine 1 mit einem nicht näher bezeichneten Motorgehäuse in einem gemeinsamen Gehäuse 17 angeordnet sind und die Montagehülse 13 das Invertergehäuse 4 und das Gehäuse 17 durchgreift.
Die 8-10 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Montagehülse 13 sowohl das Invertergehäuse 4 als auch den Deckel 15 des Invertergehäuses 4 durchgreift, während in den Varianten der 11-13 lediglich der Deckel 15 aber nicht das Invertergehäuse 4 durchgriffen wird.
Die 14-16 zeigen Ausgestaltungen, bei denen der Deckel 15 die Leistungselektronik 5 von der elektrischen Schnittstelle 7 trennt. Somit ist die Leistungselektronik 5 vollständig gekapselt und es kann auch kein Schmutz während der Montage, beispielsweise beim Verschrauben der Stromschienen 7,8 in den Bereich der Leistungselektronik 5 gelangen.
Nachfolgend wird noch ein Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine 1 beschrieben, welches die folgenden Schritte umfasst:

Zunächst erfolgt eine Bereitstellung einer in einem Invertergehäuse 4 aufgenommenen Leistungselektronik 5 zur Bestromung eines Stators 6, wobei eine elektrische Schnittstelle 7 zwischen der Leistungselektronik 5 und dem Stator 6 ausbildbar ist, welche eine in das Invertergehäuse 4 hineinragende, elektrisch mit dem Stator 6 verbundene erste Stromschiene 8 und eine in dem Invertergehäuse 4 verlaufende, mit der Leistungselektronik 5 verbundene zweite Stromschiene 9 aufweist. Das Invertergehäuse 4 verfügt ferner über eine Montageöffnung 12, durch die die elektrische Schnittstelle 7 von außerhalb des Invertergehäuses 4 erreichbar ist.

Dann erfolgt das Einsetzen der ersten Stromschiene 8 in das Invertergehäuse 4 sowie das Einsetzen einer Montagehülse 13 in die Montageöffnung 12.
Als nächstes erfolgt das Herstellen und Sichern der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Stromschiene 8 und der zweiten Stromschiene 9 durch Zuführen eines Befestigungselements 10 durch die Montagehülse 13 hindurch, was beispielsweise in der 3 gezeigt ist.
Nach der Erfolgten Herstellung und Sicherung der elektrischen Verbindung erfolgt dann abschließend der Verschluss der Montagehülse 13 mittels eines Verschlusselements 14, so dass beispielsweise der in 4 gezeigte Zustand hergestellt ist.
Die in dieser Anmeldung benutzten Begriffe radial , axial , tangential und Umfangsrichtung beziehen sich immer auf die Rotationsachse 20. Die Begriffe links , rechts , oben , unten , oberhalb und unterhalb dienen hier nur dazu, um zu verdeutlichen, welche Bereiche der Abbildungen gerade im Text beschrieben werden. Die spätere Ausführung der Erfindung kann auch anders angeordnet werden. Die Erfindung ist ferner nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Achsantriebsstrang
3: Kraftfahrzeug
4: Invertergehäuse
5: Leistungselektronik
6: Stator
7: Schnittstelle
8: Stromschiene
9: Stromschiene
10: Befestigungselement
11: Kontaktierungsabschnitt
12: Montageöffnung
13: Montagehülse
14: Verschlusselement
15: Deckel
16: Deckelöffnung
17: Gehäuse
18: Gehäuseöffnung
19: Dichtungselemente
20: Rotationsachse
21: Stirnseite
22: Kragen
23: Sicherungsring

Claims

Elektrische Maschine (1), insbesondere für einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang (2) eines Kraftfahrzeugs (3), umfassend einen durch eine in einem Invertergehäuse (4) aufgenommene Leistungselektronik (5) bestrombaren Stator (6), wobei eine elektrische Schnittstelle (7) zwischen der Leistungselektronik (5) und dem Stator (6) ausgebildet ist, welche eine in das Invertergehäuse (4) hineinragende, elektrisch mit dem Stator (6) verbundene erste Stromschiene (8) und eine in dem Invertergehäuse (4) verlaufende, mit der Leistungselektronik (5) verbundene zweite Stromschiene (9) aufweist, welche mittels eines Befestigungselements (10) elektrisch leitend in einem Kontaktierungsabschnitt (11) der elektrischen Schnittstelle (7) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Invertergehäuse (4) eine Montageöffnung (12) aufweist, durch die die elektrische Schnittstelle (7) von außerhalb des Invertergehäuses (4) erreichbar ist und die Montageöffnung (12) von einer Montagehülse (13) durchgriffen und die Montagehülse (13) durch ein Verschlusselement (14) verschlossen ist.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Invertergehäuse (4) einen Deckel (15) umfasst, mittels dessen das Invertergehäuse (4) verschlossen ist, wobei die in das Invertergehäuse (4) hineinragende erste Stromschiene (8) den Deckel (15) durchgreift und der Deckel (15) ferner die Montageöffnung (12) oder eine Deckelöffnung (16) aufweist, welche von der Montagehülse (13) durchgriffen wird.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Invertergehäuse (4) zumindest abschnittsweise in ein die elektrische Maschine (1) zumindest teilweise umfassendes Gehäuse (17) aufgenommen ist, wobei das Gehäuse (17) eine Gehäuseöffnung (18) aufweist, welche von der Montagehülse (13) durchgriffen ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Montagehülse (13) wenigstens zwei Dichtungselemente (19) angeordnet sind, welche das Invertergehäuse (4) gegenüber der Montagehülse (13) abdichten.
Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Dichtungselemente (19) an der Montagehülse (13) und dem Invertergehäuse (4) sowie eines der Dichtungselemente (19) an der Montagehülse (13) und dem Gehäuse (17) anliegt.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (10) eine Schraube ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (5) an einer senkrecht zu einer Rotationsachse (20) der elektrischen Maschine (1) verlaufenden Stirnseite (21) der elektrischen Maschine (1) positioniert ist.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschiene (8) sich im Wesentlichen in axialer Richtung und die Montagehülse (13) sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken.
Elektrische Maschine (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) als Axialflussmaschine ausgeführt ist.
Verfahren zur Montage einer elektrischen Maschine (1) umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellung einer in einem Invertergehäuse (4) aufgenommenen Leistungselektronik (5) zur Bestromung eines Stators (6), wobei eine elektrische Schnittstelle (7) zwischen der Leistungselektronik (5) und dem Stator (6) ausbildbar ist, welche eine in das Invertergehäuse (4) hineinragende, elektrisch mit dem Stator (6) verbundene erste Stromschiene (8) und eine in dem Invertergehäuse (4) verlaufende, mit der Leistungselektronik (5) verbundene zweite Stromschiene (9) aufweist, wobei das Invertergehäuse (4) eine Montageöffnung (12) aufweist, durch die die elektrische Schnittstelle (7) von außerhalb des Invertergehäuses (4) erreichbar ist Einsetzen der ersten Stromschiene (8) in das Invertergehäuse (4), Einsetzen einer Montagehülse (13) in die Montageöffnung (12), Herstellen und Sichern der elektrischen Verbindung zwischen der ersten Stromschiene (8) und der zweiten Stromschiene (9) durch Zuführen eines Befestigungselements (10) durch die Montagehülse (13) hindurch, Verschluss der Montagehülse (13) mittels eines Verschlusselements (14).