DE4442867C2 - Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug, umfassend einen Elektromotor, eine an Wicklungen des Elektromotors angeschlossene elektronische Leistungsschalterstufe, deren elektronische Leistungsschalter an dem Elektromotor gehalten sind, eine die Leistungsschalter steuernde Steuerschaltung und eine Kühleinrichtung, deren Kühlmittelkreislauf den Elektromotor und die an ihm gehaltenen Leistungsschalter kühlt, wobei der Elektromotor eine für sich mechanisch funktionsfähige erste Modul- Baueinheit bildet und zumindest ein Teil der Leitungsschalter in einer von der ersten Modul-Baueinheit separierbaren, jedoch fest mit dieser zu einer Antriebseinheit verbundenen, zweiten Modul-Baueinheit angeordnet ist und wobei der Kühlmittelkreislauf der Kühleinrichtung durch die erste und die zweite Modul-Baueinheit hindurchgeführt ist und die Modul-Baueinheiten über lösbare Kühlmittel-Schnittstellenanschlüsse und lösbare elektrische Schnittstellenanschlüsse miteinander verbunden sind (DE 44 17 432 A1).

Zum Antrieb von Fahrzeugen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, ist es bekannt, das Fahrzeug über wenigstens einen Elektro­ motor anzutreiben, der von einem seinerseits von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generator gespeist wird. Derartige Konzepte sind beispielsweise aus P. Ehrhard "Das elektrische Getriebe von Magnet-Motor für PKW und Omnibus­ se", VDI-Berichte Nr. 878, 1991, Seiten 611 bis 622, und aus der DE 41 33 059 A1 bekannt. Dabei wird sowohl an einen Ein­ satz bei sogenannten seriellen Hybridantrieben gedacht, bei denen Kupplung, Getriebe und Kardan entfallen und die den Generator antreibende Brennkraftmaschine ständig in einem hinsichtlich Schadstoffkonzentrationen, spezifischen Kraft­ stoffverbrauchs und dergleichen optimalen Betriebsbereich betrieben werden kann, als auch an einen Einsatz bei soge­ nannten parallelen Hybridantrieben, bei denen der herkömm­ liche getriebliche Antriebsstrang weiterhin vorhanden ist und der Elektromotor zeitweise zugeschaltet werden kann. Für solche Anwendungsfälle geeignete Motoren sind beispielsweise aus der EP 0 159 005 A2 bekannt; Steuerschaltungen für sol­ che Motoren sind in der EP 0 340 686 A1 beschrieben.

Bei den oben skizzierten Anwendungsfällen eines Hybridan­ triebs sind verschiedene Erfordernisse miteinander in Ein­ klang zu bringen. Ein Standardproblem bei Fahrzeugen, ins­ besondere Kraftfahrzeugen, ist der geringe zur Verfügung stehende Raum. Die zum Einsatz gelangenden Elektromotoren haben üblicherweise Leistungen von einigen kW bis zu mehre­ ren 100 kW, wobei die Betriebsspannung im Größenordnungs­ bereich von einigen 10 V bis etwa 1000 V bei entsprechenden Strömen liegt. Es werden daher sehr kompakte Elektromotoren hoher Leistungsdichte benötigt. Wenn der Elektromotor über elektrische Ventile geschaltet und/oder kommutiert wird, sollen die elektrischen Ventile in räumlicher Nachbarschaft zum Elektromotor angeordnet sein, um Zuleitungsinduktivitä­ ten klein zu halten und hohe Schaltfrequenzen zu ermögli­ chen. Weiterhin müssen die elektrischen Ventile, insbeson­ dere bei Ausbildung als Leistungshalbleiterelemente, in einem relativ niedrigen Temperaturbereich gehalten werden, so daß eine wirksame Abfuhr der erzeugten Verlustwärme zu gewährleisten ist. Aufgrund der kompakten Ausführung und der hohen Leistungsdichte des Elektromotors muß auch der Kühlung der Feldwickungen besondere Beachtung geschenkt werden.

Aus der DE 42 44 721 A1 ist eine elektrische Maschine mit einem die Feldwicklungen tragenden Stator bekannt, bei der die elektrischen Ventile bildende Leistungshalbleiterele­ mente zusammen mit den Feldwicklungen in einer Baueinheit zusammengefaßt sind und mit den Feldwicklungen von einem gemeinsamen Kühlkreislauf gekühlt werden. Die Leistungs­ halbleiterelemente sind in einer Ausnehmung des Stators in Wärmetauschkontakt mit dem Kühlmittel angeordnet, welches an den Feldwicklungen vorbei in einem durch den Stator hin­ durchgeführten Kühlkanal strömt. Der Stator ist nach außen hin durch eine axiale Stirnplatte abgeschlossen, die die Leistungshalbleiterelemente vor mechanischem Zugriff schützt und mit Anschlüssen für den Kühlmittelkreislauf versehen ist.

Aus einem Prospekt "BMW-Magazin", März 1994, Seite 73, der Firma Bayerische Motoren Werke AG ist ein einen Elektromotor und dessen elektronische Steuerung in einem Gehäuse vereini­ gender Elektroantrieb bekannt. Das Gehäuse besteht aus zwei miteinander verbindbaren Halbgehäusen, in deren einem über­ wiegend Komponenten des Elektromotors angeordnet sind, woge­ gen in dem anderen Halbgehäuse zum überwiegenden Teil Kom­ ponenten der Steuerung, insbesondere die elektrischen Venti­ le, angeordnet sind.

Beiden zuletzt angesprochenen Lösungen ist die Problematik gemein, daß für verschiedene Fahrzeugtypen, insbesondere für Fahrzeuge unterschiedlicher Leistung, jeweils ein eigenes komplettes Aggregat, bestehend aus Elektromotor, elektri­ schen Ventilen und gegebenenfalls Teilen der Steuerung für die elektrischen Ventile, entwickelt, hergestellt und auf Lager gehalten werden muß. Da die Aggregate vom Hersteller als Komplettlösungen angeboten werden, muß im Fall der Um­ rüstung eines Fahrzeugs auf beispielsweise einen leistungs­ stärkeren Antrieb das ganze Aggregat ausgetauscht werden. Eine Erweiterbarkeit des alten Aggregats ist nicht gegeben. Dies bringt einen relativ hohen Aufwand für den Hersteller mit sich, für unterschiedlichste Einsatzzwecke jeweils ge­ eignete Aggregate bereitzustellen.

Eine weitere Antriebsanordnung ist aus der gattungsbildenden DE 44 17 432 A1 bekannt. Dort ist radial außen an einem Elektromotor eine Elektronik-Baueinheit befestigt. Die Elektronik-Baueinheit enthält die elektrischen Ventile sowie die zugehörige Steuerung für den Elektromotor. Die elektrische Verbindung der Elektronik-Baueinheit mit dem Elektromotor erfolgt über einen außerhalb der Antriebseinheit verlaufenden Kabelstrang. Ein Kühlmittelkreislauf ist durch das Gehäuse des Elektromotors hindurchgeführt, wobei das Kühlmittel an der Außenseite einer an den Elektromotor angeschraubten Bodenwand der Elektronik-Baueinheit vorbeiströmt. Anschlußmöglichkeiten, um an die Elektronik-Baueinheit weitere Steuer- oder Leistungsmodule anzuschließen, sind nicht vorhanden. Daher muß, wenn die Antriebsanordnung auf andere Leistungen oder andere Applikationen ausgerichtet werden soll, zumindest die gesamte Elektronik- Baueinheit ausgetauscht werden, unter Umständen auch ein neues Aggregat entwickelt und produziert werden, da mit der aus der DE 44 17 432 A1 bekannten Antriebsanordnung etwa die Bildung eines Tandemantriebs unmöglich ist.

Aus der DE 93 05 174 U1 ist eine Antriebseinheit mit einem Asynchronmotor und einem in Achsrichtung an diesen anschließenden Frequenzumrichter bekannt. Der Frequenzumrichter ist im Gehäuse des Elektromotors untergebracht. Zwar ist für eine Kühlung der Antriebseinheit gesorgt. Allerdings wird das hierzu benutzte Kühlmittel außerhalb des Motors und des Frequenzumrichters in einem das Motorgehäuse umschließenden Kühlmantel geführt, nicht jedoch durch den Motor und den Frequenzumrichter hindurch und insbesondere nicht über lösbare Schnittstellenanschlüsse zwischen dem Motor und dem Frequenzumrichter. Eine Erweiterbarkeit des Aggregats ist ebenfalls nicht gegeben.

Aus der DE-AS 21 46 893 ist schließlich noch ein Antriebsaggregat mit einem Gleichstrommotor und einer axial an diesen anschließenden Kommutierungseinrichtung mit Halbleiterventilen bekannt. Zwar kann insofern von einem modularen Aufbau des Antriebsaggregats gesprochen werden, als die Halbleiterventile auf einer Platte angebracht sind, welche lösbar mit einem den Gleichstrommotor aufnehmenden Motorgehäuse verbunden ist. Ein Kühlmittelkreislauf, der die Halbleiterventile und den Motor kühlen würde, ist jedoch nicht vorgesehen. Auch an Anschlüsse, mit deren Hilfe das Antriebsaggregat erweitert werden könnte, ist nicht gedacht.

Im Fahrzeugbau hat sich im Zuge des zunehmenden Wettbewerbs und des daraus resultierenden hohen Kostendrucks allgemein die Tendenz durchgesetzt, mehr und mehr auf Standardkomponenten zurückzugreifen, die für verschiedene Fahrzeugtypen und -modelle einsetzbar sind. Dies gilt sowohl für die Fertigungsstraßen der Herstellerfirmen als auch für die Fahrzeugkomponenten, wie etwa Fahrwerke, Motoren oder Getriebeeinheiten. Auch für Elektroantriebe ist es daher sinnvoll, nach Lösungen zu suchen, die eine breite Einsatzpalette eines Standard-Modells erlauben, ohne jeweils auf teure Spezialanfertigungen zurückgreifen zu müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Konstruktion einer elektrischen Antriebsanordnung für ein Fahrzeug anzugeben, die es einem Hersteller einer derartigen Antriebsanordnung erlaubt, seine Produktpalette mit geringem Aufwand auf unterschiedliche Fahrzeugtypen und Anwendungsfälle auszurichten.

Zur Aufgabenlösung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die zweite Modul-Baueinheit mit zwei gesonderten Sätzen von elektrischen Schnittstellenanschlüssen und Kühlmittel-Schnittstellenanschlüssen ausgeführt ist, über deren einen sie mit der ersten Modul-Baueinheit in Verbindung steht und über deren anderen sie mit einer dritten, fest, jedoch lösbar mit ihr verbundenen Modul-Baueinheit in Verbindung steht, durch die der Kühlmittelkreislauf ebenfalls hindurchgeführt ist, daß die Modul- Baueinheiten in Richtung einer Drehachse des Elektromotors aneinandergereiht sind und daß zumindest die zweite Modul-Baueinheit als im wesentlichen flaches, mit seinen gegenüberliegenden Flachseiten an der ersten bzw. an der dritten Modul-Baueinheit anliegendes Scheibenmodul ausgeführt ist, dessen Schnittstellenanschlußsätze in seinen Flachseiten angeordnet sind.

Wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, daß die zweite Modul-Baueinheit zwei gesonderte Sätze von Schnittstellenanschlüssen aufweist, deren einer der Verbindung mit der Motor-Baueinheit dient und deren anderer den Anschluß der dritten Modul-Baueinheit erlaubt. Hierdurch ist eine an sich beliebige Variierbarkeit, insbesondere Erweiterbarkeit, des Antriebsaggregats gegeben. Der Aufbau der Antriebseinheit aus mehreren Modulen ermöglicht es dem Hersteller, bei der Herstellung von Antriebseinheiten unterschiedlicher Charakteristika zumindest teilweise auf gleiche Modul- Baueinheiten zurückzugreifen. Hierdurch kann er sehr einfach selbst auf sehr spezielle Kundenwünsche eingehen. Günstig hinsichtlich des Entwicklungsaufwands und der Herstellungskosten wirkt sich insbesondere die Tatsache aus, daß es die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht, einzelne oft verwendete Modul-Baueinheiten, insbesondere die zweite Modul- Baueinheit, in hohen Stückzahlen zu produzieren. So können bei geeigneter Aufteilung der elektrischen und mechanischen Komponenten auf die einzelnen Modul-Baueinheiten Standardmodule gebildet werden, die gemeinsamer Baustein einer Vielzahl unterschiedlicher Antriebseinheiten sind.

Da auch bei der Erfindung eine räumlich nahe Anordnung der Leistungsschalter an dem Elektromotor gegeben ist, und hierdurch große Zuleitungsinduktivitäten sowie unhandliche und raumgreifende Kühlleitungen vermieden sind, ist der beanspruchte Bauraum ähnlich gering wie bei den bekannten, voll integrierten Lösungen. Es kann jedoch bei gegebenen Einbauverhältnissen sehr flexibel auf unterschiedliche Auslegungen der zu erbringenden Leistung reagiert werden, indem beispielsweise die zweite oder/und die dritte Modul-Baueinheit ausgetauscht wird.

Die Erfindung ist insbesondere dazu vorgesehen, im Rahmen der eingangs skizzierten hybriden Antriebskonzepte verwendet zu werden. Der Einsatz bei rein batteriebetriebenen Fahrzeugen soll aber nicht ausgeschlossen sein.

Es kann vorgesehen sein, daß die Antriebseinheit ferner mindestens eine viertes fest, jedoch lösbar mit ihr verbundene Modul-Baueinheit umfaßt, welche anschließend an die dritte Modul-Baueinheit axial an diese angereiht ist, daß der Kühlmittelkreislauf auch durch die mindestens eine vierte Modul- Baueinheit hindurchgeführt ist und daß die dritte und die mindestens eine vierte Modul-Baueinheit über lösbare Kühlmittel-Schnittstellenanschlüsse und lösbare elektrische Schnittstellenanschlüsse miteinander verbunden sind, welche in einander zugekehrten Axialseiten dieser Modul-Baueinheiten ausgebildet sind.

Leistungsstärkere Antriebseinheiten können dadurch realisiert werden, daß die dritte und/oder vierte Modul-Baueinheit ebenfalls einen Teil der Leistungsschalter enthält.

Über die elektrischen Schnittstellenanschlüsse können zwischen der ersten, der zweiten, der dritten und gegebenenfalls jeder vierten Modul-Baueinheit Steuersignale, Sensorsignale, die Zwischenkreisspannung eines gegebenenfalls vorgesehenen Gleichspannungszwischenkreises sowie Wicklungsanschlüsse des Elektromotors durchgeschleift werden. Gleiches gilt für den Kühlmittelkreislauf. Eine oder mehrere der Modul-Baueinheiten können Anschlußstellen für externe Komponenten der Steuerschaltung, den Gleichspannungszwischenkreis und den Kühlmittelkreislauf aufweisen. Der Elektromotor kann als Gleichstrommaschine ausgeführt sein, kann aber ebenfalls von einer Wechsel- bzw. Drehstrommaschine gebildet sein.

Die Modularität der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung bietet eine sehr praktikable Möglichkeit, Teile der Steuerschaltung in die Antriebseinheit zu integrieren. Bevorzugt ist deshalb vorgesehen, daß zumindest ein Teil der elektronischen Komponenten der Steuerschaltung in der dritten und/oder vierten Modul-Baueinheit enthalten ist. Die zweite Modul-Baueinheit kann dann als reines Leistungsmodul ausgeführt werden, das universell für verschiedenste Antriebsaggregate eingesetzt werden kann. Eine räumliche Trennung der Steuerschaltung von den Leistungsschaltern, etwa zur Vermeidung elektromagnetischer Störeinflüsse, ist dadurch möglich, daß mindestens ein Teil der elektronischen Komponenten der Steuerschaltung in einer Modul-Baueinheit enthalten ist, welche frei von Leistungsschaltern der elektronischen Leistungsschalterstufe ist. Insbesondere kann die Steuerschaltung vollständig in einer speziell als Steuermodul ausgebildeten Modul-Baueinheit enthalten sein. Es versteht sich, daß auch eine Verteilung über mehrere Modul-Baueinheiten zweckmäßig sein kann. In den Modul- Baueinheiten können neben Teilen der Steuerschaltung auch Teile einer die Leistungsschaltung treibenden Treiberstufe enthalten sein.

Sofern die dritte und/oder vierte Modul-Baueinheit ausschließlich im wesentlichen temperaturunkritische Komponenten enthalten, kann vorgesehen sein, daß der Kühlmittelkreislauf in der dritten und/oder vierten Modul-Baueinheit in Kanälen geführt ist, die nur eine Durchgangsverbindung zwischen Kühlmittel-Schnittstellenanschlüssen bilden.

Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung eignet sich auch zur Bildung sogenannter Tandemantriebe, bei denen zwei Elektromotoren baulich zusammengefaßt an einer Fahrzeugachse gehalten sind und jeweils ein Rad des Fahrzeugs antreiben. Im Hinblick auf einen derartigen Tandemantrieb wird vorgeschlagen, daß die Antriebseinheit einen weiteren Elektromotor umfaßt, welcher eine der ersten Modul-Baueinheit axial entgegengesetzt in der Antriebseinheit angeordnete, äußere Modul-Baueinheit bildet, und daß diese Modul-Baueinheit des weiteren Elektromotors ebenfalls mechanisch für sich funktionsfähig ist. Diese Modul-Baueinheit des weiteren Elektromotors kann die dritte Modul-Baueinheit oder eine vierte Modul- Baueinheit der Antriebseinheit bilden. Die Leistungsschalter, die die Wicklungen dieses zweiten Elektromotors schalten, können mit den dem ersten Elektromotor zugeordneten Leistungsschaltern gemeinsam in der zweiten Modul-Baueinheit und gegebenenfalls mindestens einer weiteren Modul-Baueinheit enthalten sein. Alternativ ist es denkbar, daß die dem ersten Elektromotor zugeordneten Leistungsschalter und die dem zweiten Elektromotor zugeordneten Leistungsschalter jeweils auf mindestens eine gesonderte Modul-Baueinheit aufgeteilt sind. Die Steuerung der zusätzlichen Leistungsschalter wird von der Steuerschaltung übernommen. Die Steuerung kann dabei über getrennte Steuersignale erfolgen, so daß entsprechend den geschalteten Strömen unterschiedliche Antriebsmomente in den mit den Elektromotoren verbundenen Rädern erzeugt werden können. Probleme können jedoch dann auftreten, wenn ein Elektromotor oder die zugehörigen Komponenten der elektronischen Leistungsschalterstufe ausfallen. Für diesen Fall ist es günstig, wenn die Steuerschaltung Sicherheitsreserven bietet, die eine gezielte Beeinflussung des ausgefallenen Antriebs ermöglichen. Um hier zweckmäßig reagieren zu können, kann vorgesehen sein, daß den beiden Elektromotoren zugeordnete Leistungsschalter jeweils in gesonderten Modul-Baueinheiten untergebracht sind und daß die Leistungsschalter dieser Modul-Baueinheiten über einen gemeinsamen, zwischen diesen Modul-Baueinheiten über deren elektrische Schnittstellenanschlüsse geführten und an die Steuerschaltung angeschlossenen Steuerbus steuerbar sind.

Durch die axiale Stapelung der Modul-Baueinheiten bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ergibt sich eine kompakte, leicht handhabbare und gut montierbare Antriebseinheit, die dem bei Fahrzeugen in Höhenrichtung in der Regel knapp bemessenen Bauraum Rechnung trägt. Dies wird dadurch noch begünstigt, daß die zweite Modul-Baueinheit, insbesondere auch jede weitere Modul-Baueinheit, in Axialrichtung des Elek­ tromotors innerhalb von dessen Umfangskontur, insbesondere in Axialflucht mit dem Elektromotor, angeordnet ist.

Große Freiheiten beim Austausch einzelner Modul-Baueinheiten und bei der Erweiterung der Antriebseinheit um weitere Modul-Baueinheiten und auch bei der Reihenfolge, in der die Modul-Baueinheiten angeordnet werden, ermöglicht die Maßnahme, daß Paare miteinander verbundener benachbarter Modul-Baueinheiten in ihrer Verbindungsebene ein von Paar zu Paar gleiches Schnittstellenbild zumindest hinsichtlich der elektrischen Schnittstellenanschlüsse und der Kühlmittel-Schnittstellenanschlüsse aufweisen. Falls auch die mechanischen Schnittstellen der Modul- Baueinheiten übereinstimmen, sind die wesentlichen Voraussetzungen für ein Baukastensystem geschaffen, bei dem eine relativ geringe Zahl unterschiedlicher Typen von Modul-Baueinheiten die Bildung von Antriebseinheiten unterschiedlichster Leistungsmerkmale ermöglicht. Besonders im Rahmen eines derartigen Baukastenprinzips kann es dann vorteilhaft sein, wenn bei Aufteilung der Leistungsschalter auf mehrere Modul-Baueinheiten diese zumindest teilweise eine gleiche Zahl an Leistungsschaltern aufweisen.

Die Herstellungskosten und der Lagerungsaufwand lassen sich dadurch gering halten, daß zumindest ein Teil der Modul-Baueinheiten der Antriebseinheit vom mechanischen und gewünschtenfalls elektrischen Standpunkt her im wesentlichen baugleich ist. Bei der Produktion lassen sich durch hohe Stückzahlen so erhebliche Kostenvorteile realisieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die dritte und/oder vierte Modul-Baueinheit ebenfalls als Scheibenmodul ausgeführt ist. Die Scheibenmodule können in ihrem mechanischen Grundaufbau im wesentlichen baugleich sein und durch unterschiedliche Bestückung mit elektrischen bzw. elektronischen Komponenten zu ihrer Funktion als Leistungs- oder Steuermodul oder gemischtes Leistungs- und Steuermodul gelangen. Die Scheibenmodule sind in ihrer Grundgestalt vorzugsweise annähernd kreisförmig ausgebildet, können sehr flach gehalten werden und in raumsparender Weise axial aneinander gereiht werden.

Bevorzugt ist der Kühlmittelkreislauf in jedem Scheibenmodul in Kanälen geführt, welche zumindest in einer der Flachseiten eines Gehäusemantels des Scheibenmoduls münden und insbesondere im wesentlichen orthogonal zur Scheibenebene verlaufen. Die Wege des Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf zwischen den eigentlich zu kühlenden Komponenten, wie den Leistungsschaltern und den Wicklungen, können auf diese Weise sehr kurz gehalten werden. Daneben ermöglicht diese Maßnahme eine einfache Realisierung der Kühlmittel-Schnittstellenanschlüsse, indem beispielsweise zwischen zwei aufeinanderfolgende Scheibenmodule ein Dichtring eingelegt wird, der gegenüberliegende Kanalmündungsöffnungen der benachbarten Scheibenmodule abdichtet.

Als Leistungsschalter kommen bevorzugt Halbleiterelemente zum Einsatz. Als besonders vorteilhaft haben sich IGBT-Leistungstransistoren (Insulated Gate Bipolar Transistor) herausgestellt, wobei aber auch der Einsatz von BIMOS-Leistungstransistoren oder MOSFET-Leistungstransistoren bei bestimmten Frequenz- und Leistungsbereichen möglich ist. Zur Kühlung derartiger Leistungshalbleiterelemente sind aus der DE 42 17 289 A1 Anordnungen bekannt, bei denen die Halbleiterelemente auf einem Isolierträger angeordnet werden und entweder unmittelbar von dem Kühlmittel umströmt werden oder über den Isolierträger in Wärmetauschkontakt mit dem Kühlmittel stehen. In Verbindung mit der scheibenartigen Ausbildung der Leistungsmodule hat sich hinsichtlich der Kühlwirkung eine Lösung als günstig herausgestellt, bei der in einem mindestens einen Teil der Leistungsschalter enthaltenden Scheibenmodul mindestens eine Trägerplatte für die Leistungsschalter und gegebenenfalls für elektronische Komponenten der Steuerschaltung oder/und einer die Leistungsschalter treibenden Treiberschaltung insbesondere im wesentlichen orthogonal zur Scheibenebene gehalten ist und die Trägerplatte eine Wand eines in den Kühlmittelkreislauf eingebundenen Kühlmittelkanals bildet. Die Trägerplatte kann eine elektrisch isolierende Isolierplatte, insbesondere aus Keramik oder emailliertem Stahl, umfassen, an deren einen, dem Kühlmittelkanal zugewandten Flachseite eine Metallschicht, insbesondere Kupferschicht, flächig aufgebracht ist und auf deren anderen Flachseite die Leistungsschalter und gegebenenfalls weitere elektronische Komponenten angeordnet sind. Die Metallschicht bewirkt eine gleichmäßige Wärmeverteilung auf der den Leistungsschaltern abgewandten Flachseite der Isolierplatte und wirkt damit lokalen Überhitzungen entgegen, die die Leistungsschalter zerstören könnten. Die Leistungsschalter selbst können in Form ungehäuster Chips ausgebildet sein und eine die Kollektor- oder Drain-Elektrode eines Leistungstransistors bildende Metallelektrode aufweisen, welche als flächige Metallplattierung unmittelbar auf der Isolierplatte aufgebracht ist.

Für eine raumsparende Unterbringung der elektrischen, elektronischen und mechanischen Komponenten in den Scheibenmodulen sowie eine günstige Führung des Kühlmittelkreislaufs in den Scheibenmodulen hat es sich als günstig erwiesen, wenn ein Scheibenmodul ein annähernd topfförmiges Gehäuse mit einem Gehäuseboden und einem den Gehäuseboden umschließenden Gehäusemantel umfaßt und der Gehäuseboden eine Wand eines in den Kühlmittelkreislauf eingebundenen Kühlmittelkanals bildet.

Da ein überwiegender Anteil der Verlustwärme der Antriebsanordnung von den Leistungsschaltern erzeugt wird, sollten die Leistungsschalter in Zirkulationsrichtung des Kühlmittelkreislaufs vor dem Elektromotor in Wärmetauschkontakt mit dem Kühlmittel stehen, um so die vorrangige Kühlung der Leistungsschalter sicherzustellen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen An­ triebsanordnung mit auf zwei Scheibenmodule verteilten Leistungsschaltern,

Fig. 2 einen die Halterung einer Trägerplatte für die Leistungsschalter in einem Scheibenmodul zeigen­ den vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 und

Fig. 3 schematisch das Prinzip einer Tandemantriebsein­ heit.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Antriebsanordnung umfaßt eine allgemein mit 1 be­ zeichnete, modular aufgebaute Antriebseinheit 1. Die An­ triebseinheit 1 ist aus mehreren voneinander separierbaren, jedoch fest miteinander verbundenen Modul-Baueinheiten auf­ gebaut, von denen eine erste Modul-Baueinheit 3 von einem Elektromotor 5 gebildet ist, zwei an die erste Modul-Bau­ einheit anschließende Modul-Baueinheiten 7 und 9 (zweite und dritte Modul-Baueinheit)elektronische Komponenten einer elektronischen Leistungs­ schalterstufe 11 enthalten und eine vierte Modul-Baueinheit 13 die Antriebseinheit 1 auf der motorfernen Seite ab­ schließt und im wesentlichen als Kontaktiermodul ausgebildet ist, welches die externen Anschlüsse der Antriebseinheit 1 bereitstellt. Die beiden Modul-Baueinheiten 7, 9 und die dritte Modul-Baueinheit 13 sind als flache Scheiben mit im wesentlichen Kreisquerschnitt ausgebildet und fluchten in axialer Richtung einer Drehachse 15 des Elektromotors 5 mit dessen ebenfalls kreisförmiger Umfangskontur 17. Eine äu­ ßerst kompakte und sehr kleinbauende Antriebseinheit 1 wird so geschaffen, welche sich besonders zur Anbringung im Be­ reich der Radaufhängungen eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, eignet. Andere Querschnittsformen der Schei­ benmodule 7, 9, 13 sowie des Elektromotors 5 sind jederzeit möglich.

Der Elektromotor 5 kann eine Gleichstrom-Kommutatormaschine oder eine Wechsel- bzw. Drehstrommaschine sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist er als Innenläuferma­ schine mit einem Permanentmagnetrotor 19 und einem diesen umschließenden Stator 21 ausgebildet. Der Stator 21 trägt eine Mehrzahl von Feldwicklungssträngen 23, die über die elektronische Leistungsschalterstufe 11 geschaltet und/oder kommutiert werden. Der Stator 21 ist stationär an einem Trägerteil 27 des Elektromotors 5 gehalten, an welchem der Rotor 19 sowie eine drehfest mit diesem verbundene Abtriebs­ welle 29 über eine Lageranordnung 31 drehbar gelagert sind. Das Trägerteil 27 schließt den Elektromotor 5 auf der rotor­ fernen Seite über eine axiale Stirnwand 33 nach außen hin ab, so daß die den Elektromotor 5 umfassende erste Modul- Baueinheit 3 eine für sich mechanisch voll funktionsfähige Modul-Baueinheit bildet. Hierdurch bedarf der Elektromotor 5 keines speziellen, ihn vervollständigenden weiteren Bau­ steins, sondern kann als in sich abgeschlossene Modul-Bau­ einheit beispielsweise zur Bildung unterschiedlich lei­ stungsstarker Antriebseinheiten mit unterschiedlichen Modul-Baueinheiten 7, 9 kombiniert werden.

Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung eignet sich besonders zum Einsatz bei sogenannten Hybridantrieben. Ein solcher Hybridantrieb ist schematisch in Fig. 1 dargestellt und umfaßt eine herkömmliche Brennkraftmaschine 35, einen von der Brennkraftmaschine 35 angetriebenen und als Wechsel­ stromquelle dargestellten Generator 37 beispielsweise eines Typs mit einer Vielzahl statorseitiger Strangwicklungen und rotorseitiger Permanentmagente sowie den seinerseits von dem Generator 37 gespeisten Elektromotor 5. Die Speisung erfolgt über eine Umrichteranordnung 39, welche den von dem Genera­ tor 37 gelieferten Wechselstrom in einen Gleichstrom steuer­ barer Größe wandelt. Über einen Gleichspannungszwischenkreis 41 mit die Gleichspannung glättenden Stützkondensatoren 43 speist die Umrichteranordnung 39 die elektronische Lei­ stungsschalterstufe 11, welche letztendlich die statorseiti­ gen Feldwicklungen 23 schaltet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das soeben beschriebene hybride Antriebskonzept beschränkt, sondern läßt sich auch in Verbindung mit einer Speisung des Elektromotors über Akkumulatoren, Solarzellen oder auch wasserstoffbetriebene Aggregate anwenden. Daneben ist die dargestellte Antriebseinheit bei geeigneter Ausle­ gung hinsichtlich der abgegebenen Leistung auch zum Antrieb mehrerer Räder über ein Differential geeignet.

Die elektronische Leistungsschalterstufe 11 umfaßt eine Mehrzahl an die Feldwicklungen 23 angeschlossener Halblei­ ter-Leistungsschalter 45, welche bevorzugt als IGBT-Module ausgeführt sind. Vorzugsweise ist in beiden Modul-Bauein­ heiten 7, 9 eine gleiche Anzahl von Leistungsschaltern 45 untergebracht. Insbesondere bei Verwendung von MOSFET-Schal­ tern, aber auch bei Verwendung von IGBT-Schaltern, ist es möglich, ein Basismodul mit einer Grundschaltkapazität vor­ zusehen und verschiedenartige Erweiterungsmodule mit unter­ schiedlichen Anzahlen von Leistungsschaltern, d. h. unter­ schiedlichen schaltbaren Strömen, bereitzustellen. Ein sehr kleines Bauvolumen der Scheibenmodule 7, 9 kann erreicht werden, wenn die Leistungsschalter 45 in integrierter Form als ungehäuste Chips vorliegen. Dies ist auch hinsichtlich der Herstellungskosten günstig, da so hohe Stückzahlen vergleichsweise preiswert hergestellt werden können.

Im Betrieb sind sowohl die Leistungsschalter 45 als auch die Feldwicklungen 23 zu kühlen. Zu diesem Zweck ist eine Kühl­ einrichtung 47 vorgesehen, deren geschlossener Kühlmittel­ kreislauf 49 zumindest durch denjenigen Teil der Antriebs­ einheit 1 hindurchgeführt ist, welcher die erste Modul-Bau­ einheit 3 sowie die Modulbaueinheiten 7, 9 umfaßt. Von einer Pumpe 53 wird das Kühlmittel über einen Kühler oder Wärmetauscher 55 einem Kühlmittelkanal 57 als Zwangs­ strömung zugeführt, welcher das Kühlmittel in Strömungs­ richtung zuerst an den Leistungsschaltern 45 und anschlie­ ßend an den Feldwicklungen 23 vorbeiführt. Auf diese Weise wird der vorrangigen Kühlung der Leistungsschalter 45 Rech­ nung getragen. Der Kühlmittelkanal 57 ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auch durch das Kontaktiermodul 13 geführt, welches zum Anschluß der Kühlleitungen an seiner Umfangsfläche Kühlmittel-Anschlußstellen 59 trägt. Derartige Kühlmittel-Anschlußstellen können auch an der motorfernen Flachseite 61 des Kontaktiermoduls 13 angeordnet sein. Für den Fall, daß weitere, nicht mit Leistungsschaltern be­ stückte und auch sonst keine zwingend zu kühlenden Bauele­ mente tragende Modul-Baueinheiten vorgesehen sind, kann der Kühlmittelkanal 57 auch durch diese Modul-Baueinheiten hin­ durchgeführt sein, so daß auch die Anordnung einer derarti­ gen Modul-Baueinheit zwischen den Modul-Bauein­ heiten 7, 9 oder zwischen der ersten und der zweiten Modul- Baueinheit 3, 7 möglich ist.

Das Hindurchschleifen des Kühlmittelkanals 57 durch die Modul-Baueinheiten erfolgt in der Weise, daß die einzelnen Modul-Baueinheiten über lösbare Kühlmittel-Schnittstellen­ anschlüsse 63 miteinander verbunden sind. Die Kühlmittel- Schnittstellenanschlüsse 63 können beliebiger Art sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der fluiddichte Anschluß von zwei aufeinanderfolgenden Modul-Baueinheiten dadurch sichergestellt, daß bei beispielhafter Betrachtung der Modul-Baueinheiten 3 und 7 die Modul-Baueinheit 3 einen im wesentlichen orthogonal in die Flachseite 65 der Stirn­ wand 33 mündenden, axial verlaufenden Kühlmittelkanalab­ schnitt 67 aufweist, die Modul-Baueinheit 7 einen gleich­ falls im wesentlichen orthogonal in die dem Elektromotor 5 zugewandte Flachseite 69 der Modul-Baueinheit 7 mündenden, axial verlaufenden Kühlmittelkanalabschnitt 73 aufweist und beim Zusammenbau die beiden Modul-Baueinheiten 3, 7 mit ihren Flachseiten 65, 69 unter gegenseitiger Ausrichtung der Mündungsöffnungen der Kanalabschnitte 67, 73 in Anlage ge­ bracht werden. Zwischen die Modul-Baueinheiten 3, 7 einge­ legte Dichtmittel, beispielsweise Dichtungsringe 74, gewähr­ leisten einen dichten Zusammenschluß beider Modul-Bauein­ heiten. In gleicher Weise sind die übrigen Kühlmittel- Schnittstellenanschlüsse zwischen jeweils zwei aufeinan­ derfolgenden Modul-Baueinheiten realisiert.

Zur Steuerung der elektronischen Leistungsschalter 45 bzw. einer die Leistungsschalter treibenden Treiberstufe ist eine Steuerschaltung 75 außerhalb der Antriebseinheit 1 vorgese­ hen und über einen Steuerleitungsbus 77 an das Kontaktiermo­ dul 13 angeschlossen. Hierzu weist das Kontaktiermodul 13 an seiner Umfangsfläche eine Anschlußbuchse 79 auf. Selbstver­ ständlich ist auch ein Anschluß über die Flachseite 61 des Kontaktiermoduls 13 denkbar, wie dies gestrichelt bei 79' angedeutet ist. Über eine ähnliche Anschlußbuchse 81 erfolgt der Anschluß der Antriebseinheit 1 an den Gleichspannungs- Zwischenkreis 41, wobei aufgrund der großen Kapazität der Stützkondensatoren 43 möglicherweise eine Integration dieser Kondensatoren in die Modul-Baueinheiten nicht möglich sein kann. Die Kondensatoren 43 können dann radial außerhalb der Antriebseinheit 1 beispielsweise mittels in diese ein­ schraubbarer Patronen an der Antriebseinheit 1 gehalten sein. Diese Möglichkeit der externen Anbringung der Stütz­ kondensatoren 43 ist in Fig. 1 dargestellt. Auch die Steuer­ schaltung 75 kann teilweise oder vollständig in der An­ triebseinheit 1 untergebracht sein, wobei insbesondere daran gedacht ist, die Steuerschaltung 75 vollständig innerhalb des Kontaktiermoduls 13 unterzubringen und so ein eigenes Steuermodul zu bilden oder Teile der Steuerschaltung 75 zusammen mit den Leistungsschaltern 45 in den Modul- Baueinheiten 7, 9 unterzubringen. Dieser Fall ist gestri­ chelt bei 75' und 75" dargestellt. Wenn Teile der Steuer­ schaltung 75 innerhalb der Antriebseinheit 1 untergebracht werden können, ergibt sich unter Umständen eine wesentlich vereinfachte externe Steuerschnittstelle der Antriebseinheit 1. Probleme mit der Potentialtrennung zwischen dem Steuer­ teil und dem Leistungsteil können so gering gehalten werden.

Die Wicklungsanschlüsse der Feldwicklungen 23, die Zwischen­ kreisspannung, Steuerleitungen sowie Sensorleitungen sind zumindest durch die erste, die zweite und die dritte Modul-Bauein­ heit 3, 7, 9, insbesondere durch alle Modul-Baueinheiten, durchgeführt. Hierzu sind die einzelnen Modul-Baueinheiten über lösbare elektrische Schnittstellenanschlüsse 85 (bei­ spielhaft nur bei der Schnittstelle zwischen den Modul- Baueinheiten 9 und 13 dargestellt) miteinander verbunden. Diese elektrischen Schnittstellenanschlüsse 85 können, wie in der Zeichnung dargestellt, durch eine Stecker-Buchsen- Kombination gebildet sein. Selbstverständlich sind auch beliebige andere anschlußtechnische Lösungen möglich. Der elektrische Kontakt zwischen aufeinanderfolgenden Modul- Baueinheiten kann beispielsweise auch derart ausgestaltet sein, daß er erst bei einer Verschraubung der einzelnen Modul-Baueinheiten miteinander hergestellt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, daß zumindest ein Teil der Modul-Baueinhei­ ten ein gleiches Schnittstellenbild hinsichtlich der elek­ trischen Schnittstellenanschlüsse 85 und der Kühlmittel- Schnittstellenanschlüsse 63 aufweist, daß also beispiels­ weise jede der Modul-Baueinheiten 7, 9 auf ihrer dem Elektromotor 5 zugewandten Flachseite eine Buchsenanordnung 87 und auf ihrer dem Elektromotor 5 abgewandten Flachseite eine Steckeranordnung 89 beträgt. Auf diese Weise können einzelne Modul-Baueinheiten nach Bedarf ausgetauscht oder weitere Modul-Baueinheiten in die Antriebseinheit 1 einge­ fügt werden. So kann beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte Antriebseinheit durch Zwischenschalten eines dritten Schei­ benmoduls vom Typ der Modul-Baueinheiten 7, 9 zu einer leistungsstärkeren Antriebseinheit ausgebaut werden. Die lösbare mechanische Verbindung der Modul-Baueinheiten mit­ einander kann über Schrauben, Steckverbindungen, Rastmittel und dergleichen erfolgen.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung zeigt eine der Produktion großer Stückzah­ len der Scheibenmodule 7, 9 und 13 sehr zugängliche Kon­ struktion der Scheibenmodule. Grundlage dieser Konstruktion ist ein annähernd topfförmiges Gehäuse 91 (in Fig. 1 ist nur das Scheibenmodul 9 mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen) mit einem Gehäuseboden 93 und einem Gehäusemantel 95. Der Kühlmittelkanal 57 verläuft durch den Gehäusemantel 95. Auch die elektrischen Schnittstellenanschlüsse 85 sind im Bereich des Gehäusemantels 95 hergestellt. Nahe des Gehäusebodens 93 ist ein vom Gehäusemantel 95 nach radial innen weisender Ansatz 97 ausgebildet, an dem eine Träger­ platte 99 im wesentlichen parallel zum Gehäuseboden 93 gehalten ist. Die Trägerplatte 99 begrenzt zusammen mit dem Gehäuseboden 93 und dem allseits vom Gehäusemantel 95 ab­ stehenden Ansatz 97 eine einen Abschnitt des Kühlmittel­ kanals 57 bildende Kühlkammer 101, durch die das Kühlmittel hindurchströmt und dabei in Wärmetauschkontakt mit den auf der der Kühlkammer 101 abgewandten Seite der Trägerplatte 99 angeordneten Leistungsschaltern 45 tritt. Die Kühlkammer 101 ist an den Kühlkreislauf 49 über einen radial verlaufenden Zulaufkanal 103 sowie einen ebenfalls radial verlaufenden Ablaufkanal 105 angeschlossen. Die gezeigte Anordnung ist hinsichtlich der Abführung der hohen lokalen Verlustwärme in den zweiten Modul-Baueinheiten äußerst günstig. Die elek­ trischen Leitungen werden bevorzugt ebenfalls im Gehäuseman­ tel 95 durch die Scheibenmodule geführt.

In Fig. 2 ist im Detail eine Möglichkeit dargestellt, wie die Halterung der Trägerplatte 99 an dem Ansatz 97 des Topfgehäuses 91 sowie der elektrische Anschluß der auf der Trägerplatte angeordneten elektronischen Komponenten erfol­ gen kann. Die Trägerplatte 99 umfaßt eine Isolierplatte 107 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Keramik oder mit einer Emailleschicht überzogenem Stahl, an deren einer Flachseite, nämlich der dem strömenden Kühlmittel in der Kühlkammer 101 ausgesetzten Flachseite, annähernd ge­ schlossenflächig eine Metallplattierung 109 aufgebracht ist. Für die Metallplattierung 109 kommt aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise Kupfer zum Einsatz. Eine Dichtung 111 ist zwischen die Trägerplatte 99 und den Ansatz 97 eingelegt und dichtet die Kühlkammer 101 gegenüber dem auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte befindli­ chen "Elektronikraum" ab. Die Trägerplatte 99 ist zwischen dem Ansatz 97 und einem mit diesem verschraubten, die Trä­ gerplatte 99 umschließenden Halterahmen 113 unter Komprimie­ rung des Dichtelements 111 festgeklemmt. Es ist leicht vor­ stellbar, daß ein einziges Scheibenmodul gegebenenfalls auch mit mehreren, in solcher Weise gehaltenen Trägerplatten be­ stückt sein kann. Auch muß die Trägerplatte 99 nicht notwen­ digerweise parallel zum Gehäuseboden 93 gehalten sein; viel­ mehr ist insbesondere bei Rechteckguerschnitten der Schei­ benmodule eine stapelartige Anordnung mehrerer Trägerplatten im wesentlichen parallel zur Drehachse 15 des Elektromotors 5 denkbar.

Auf der der Kühlkammer 101 abgewandten Seite sind auf der Isolierplatte 107 Kontaktflächen 115 sowie Leiterbahnen 117 als Kupferschichten aufgebracht. Weiterhin sind auf dieser Seite die Halbleiter-Leistungsschalter 45 sowie gegebenen­ falls elektronische Komponenten der Steuerschaltung und/oder der Treiberschaltung angeordnet und über Bonddrähte 119 mit den Leiterbahnen 117 verbunden. Im Falle der Ausführung der Leistungsschalter 45 als IGBT-Module ist die einen Kollektor oder Drain bildende Metallelektrode als stoffschlüssig auf der Isolierplatte 107 aufgebrachte Metallplattierung 121 ausgebildet. Basis bzw. Gate und Sorce bzw. Emitter sind in weiteren Schichten auf dieser Metallplattierung 121 aufge­ bracht. Wie bereits erwähnt, können die die Leistungsschal­ ter bildenden Transistoren auch anderen Typs sein, bei­ spielsweise bipolare Transistoren oder MOSFET-Transistoren sein. Die gesamte Elektronikseite der Trägerplatte 99 ist mit einer Vergußmasse 123 überzogen, welche der Passivierung der Elektronik und zu deren Schutz dient.

Der Anschluß der Elektronik an die Wicklungsanschlüsse des Elektromotors, den Gleichspannungs-Zwischenkreis und auch an Steuer- und Sensorleitungen erfolgt über Kontaktschuhe 125 (selbstverständlich ist an jeder Trägerplatte eine Mehrzahl solcher Kontaktschuhe vorgesehen), welche durch in den Halterahmen 113 eingesetzte Kontakthülsen 127 mit den Kon­ taktflächen 115 elektrisch in Verbindung stehen. Die Kon­ taktschuhe 125 können beispielsweise mit den Kontakthülsen 127 verschraubt sein. An die Kontaktschuhe 125 werden mit entsprechenden Gegenschuhen versehene Kabel angesteckt, welche zu den elektrischen Schnittstellenanschlüssen 85 führen. Die vorstehend erwähnten Sensorleitungen können beispielsweise Sensorsignale eines die Drehstellung des Rotors 19 relativ zum Stator 21 erfassenden Resolvers 129 (siehe Fig. 1) oder eines die Temperatur der Feldwicklungen 23 fühlenden Temperaturfühlers 131 (siehe Fig. 1) sein.

Anzumerken ist noch, daß die in Fig. 1 gezeigten Leitungs­ verbindungen zwischen den einzelnen elektrischen Schnitt­ stellenanschlüssen 85 selbstverständlich jeweils ein Lei­ tungsbündel umfassen können und der Übersichtlichkeit halber lediglich als Einzelleitung dargestellt sind.

In Fig. 3 ist schematisch das Prinzip einer Tandemantriebs­ einheit mit zwei Elektromotoren dargestellt. Dabei sind zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 analoge Kom­ ponenten mit gleichen Bezugszeichen ersehen, ergänzt jedoch um den Kleinbuchstaben a. Zur Erläuterung solcher analogen Komponenten wird auf die vorangehende Beschreibung verwie­ sen.

Die in Fig. 3 gezeigte Tandemantriebseinheit 1a umfaßt zwei Elektromotoren 5a und 6a, welche jeweils eine für sich mechanisch funktionsfähige Modul-Baueinheit 3a bzw. 4a bilden. Zwei axial zwischen den beiden Elektromotoren 5a, 6a angeordnete Modul-Baueinheiten 7a und 9a ergänzen die beiden Elektromotoren zu der Antriebseinheit 1a. Dabei ist die Modul-Baueinheit 7a mit ihren Leistungsschaltern 45a dem in Fig. 3 linken Elektromotor 5a zugeordnet, wohin­ gegen die Modul-Baueinheit 9a mit ihren Leistungs­ schaltern 45a dem in Fig. 3 rechten Elektromotor 6a zugeord­ net ist. Sämtliche Leistungsschalter 45a werden von einer vollständig in der Modul-Baueinheit 9a enthaltenen Steuer­ schaltung 75a gesteuert, und zwar in der Weise, daß die Leistungsschalter 45a beider zweiten Modul-Baueinheiten 7a, 9a an einen gemeinsamen Steuerbus 131a angeschlossen sind, über den die Steuerschaltung 75a gemeinsame Steuersignale an die Leistungsschalter 45a senden kann. Der Steuerbus 131a kann so ausgebildet sein, daß auch eine getrennte Ansteue­ rung der Leistungsschalter 45a einer der beiden Modul-Baueinheiten 7a, 9a möglich ist. Bei der gezeigten Anordnung genügt es, angesichts der Durchschleifmöglichkeit des Kühlmittelkreislaufs und der elektrischen Leitungen durch sämtliche Modul-Baueinheiten, externe Anschlüsse für den Kühlmittelkreislauf, den Gleichspannungs-Zwischenkreis und Komponenten einer externen Steuerung an einer der Modul- Baueinheiten, im gezeigten Beispiel der Modul-Bau­ einheit 9a, vorzusehen. Falls auch die Modul-Baueinheit 7a vorsorglich mit deratigen Anschlüssen versehen sein sollte, besteht die Möglichkeit, diese bei Nichtbenutzung durch Pfropfen zu verschließen.

Auch bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung können die Modul-Baueinheiten 7a, 9a oder auch die Modul- Baueinheiten 5a, 6a wahlweise ausgetauscht werden und durch andere, beispielsweise für höhere Leistungen ausgelegte Modul-Baueinheiten ersetzt werden. Ebenso steht natürlich auch hier die bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 angedeutete Möglichkeit zur Verfügung, die Steuerschaltung 75a in einem gesonderten Steuermodul zusammenzufassen sowie ein sämtliche externen Anschlüsse aufweisendes Kontaktiermo­ dul vorzusehen. Der Vorteil der Erfindung, daß in einem Fehlerfall einzelne Modul-Baueinheiten ausgetauscht werden können, ohne die gesamte Antriebseinheit 1a ersetzen zu müssen, ist auch hier gegeben.

Claims (17)

1. Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug, umfassend:

• 1. einen Elektromotor (5; 5a),
• 2. eine an Wicklungen (23) des Elektromotors (5; 5a) angeschlos­ sene elektronische Leistungsschalterstufe (11), deren elek­ tronische Leistungsschalter (45; 45a) an dem Elektromotor (5; 5a) gehalten sind,
• 3. eine die Leistungsschalter (45; 45a) steuernde Steuerschaltung (75; 75a) und
• 4. eine Kühleinrichtung (47), deren Kühlmittelkreislauf (49; 49a) den Elektromotor (5; 5a) und die an ihm gehaltenen Leistungsschalter (45; 45a) kühlt, wobei
• 5. der Elektromotor (5; 5a) eine für sich mechanisch funk­ tionsfähige erste Modul-Baueinheit (3; 3a) bildet und zumindest ein Teil der Leistungsschalter (45; 45a) in einer von der ersten Modul-Baueinheit (3; 3a) separierbaren, jedoch fest mit dieser zu einer Antriebseinheit (1; 1a) verbundenen, zweiten Modul- Baueinheit (7; 7a) angeordnet ist und wobei
• 6. der Kühlmittelkreislauf (49; 49a) der Kühleinrichtung (47) durch die erste und die zweite Modul-Baueinheit (3, 7; 3a, 7a) hindurchgeführt ist und die Modul-Baueinheiten (3, 7; 3a, 7a) über lösbare Kühlmittel-Schnittstellenanschlüsse (63) und lösbare elektrische Schnittstellenanschlüsse (85) miteinander verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die zweite Modul-Baueinheit (7; 7a) mit zwei gesonderten Sätzen von elektrischen Schnittstellenanschlüssen (85) und Kühlmittel-Schnittstellenanschlüssen (63) ausgeführt ist, über deren einen sie mit der ersten Modul-Baueinheit (3; 3a) in Verbindung steht und über deren anderen sie mit einer dritten, fest, jedoch lösbar mit ihr verbundenen Modul-Baueinheit (9; 9a) in Verbindung steht, durch die der Kühlmittelkreislauf (49; 49a) ebenfalls hindurchgeführt ist,
• 2. die Modul-Baueinheiten (3, 7, 9; 3a, 7a, 9a) in Richtung einer Drehachse (15) des Elektromotors (5; 5a) aneinandergereiht sind und daß
• 3. zumindest die zweite Modul-Baueinheit (7; 7a) als im wesentlichen flaches, mit seinen gegenüberliegenden Flachseiten an der ersten bzw. an der dritten Modul-Baueinheit (3, 9; 3a, 9a) anliegendes Scheibenmo­ dul ausgeführt ist, dessen Schnittstellenanschlußsätze (63, 85) in seinen Flachseiten angeordnet sind.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Antriebseinheit (1) ferner mindestens eine vierte, fest, jedoch lösbar mit ihr verbundene Modul-Baueinheit (13) umfaßt, welche anschließend an die dritte Modul-Baueinheit (9) axial an diese angereiht ist,
• 2. der Kühlmittelkreislauf (49) auch durch die mindestens eine vierte Modul- Baueinheit (13) hindurchgeführt ist und daß
• 3. die dritte und die minde­ stens eine vierte Modul-Baueinheit (9, 13) über lösbare Kühlmittel-Schnitt­ stellenanschlüsse (63) und lösbare elektrische Schnittstellenanschlüsse (85) miteinander verbunden sind, welche in einander zugekehrten Axialseiten dieser Modul-Baueinheiten (9, 13) ausgebildet sind.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und/oder vierte Modul-Baueinheit (9, 13) ebenfalls einen Teil der Leistungsschalter (45) enthält.

4. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest ein Teil der elektronischen Komponenten der Steuerschaltung (75) in der dritten und/oder vierten Modul-Bau­ einheit (9, 13) enthalten ist.

5. Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens ein Teil der elektronischen Komponenten der Steuerschaltung (75') in einer Modul-Baueinheit (13) enthalten ist, welche frei von Leistungsschaltern (45) der elektronischen Leistungsschalterstufe (11) ist.

6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf (49) in der dritten und/oder vierten Modul-Baueinheit (9, 13) in Kanälen geführt ist, die nur eine Durch­ gangsverbindung zwischen Kühlmittel-Schnittstellenanschlüssen (63) bilden.

7. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebseinheit (1a) einen weiteren Elektromotor (6a) umfaßt, welcher eine der ersten Modul-Baueinheit (3a) axial entgegen­ gesetzt in der Antriebseinheit (1a) angeordnete, äußere Modul-Bau­ einheit (4a) bildet, und daß diese Modul-Baueinheit (4a) des weiteren Elektromotors (6a) ebenfalls mechanisch für sich funktionsfähig ist.

8. Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Elektromotoren (5a, 6a) zugeordnete Leistungsschalter (45a) jeweils in gesonderten Modul-Baueinheiten (7a, 9a) untergebracht sind und daß die Leistungsschalter (45a) dieser Modul-Baueinheiten (7a, 9a) über einen gemeinsamen, zwischen diesen Modul-Baueinheiten (7a, 9a) über deren elektrische Schnittstellenanschlüsse geführten und an die Steuerschaltung (75a) angeschlossenen Steuerbus (131a) steuerbar sind.

9. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Aufteilung der Leistungsschalter (45) auf mehrere Modul-Baueinheiten (7, 9) diese zumindest teilweise eine gleiche Anzahl an Leistungsschaltern (45) aufweisen.

10. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die dritte und/oder vierte Modul-Baueinheit (9, 13) ebenfalls als Scheibenmodule ausgeführt sind.

11. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf (49) in jedem Scheibenmodul (7, 9, 13) in Kanälen geführt ist, welche zumindest in einer der Flachseiten eines Gehäusemantels (95) des Scheibenmoduls (7, 9, 13) münden und insbesondere im wesentlichen orthogonal zur Scheiben­ ebene verlaufen.

12. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Modul-Baueinheit (7), insbesondere auch jede weitere Modul-Baueinheit (9, 13), in Axialrichtung des Elektromo­ tors (5) innerhalb von dessen Umfangskontur, insbesondere in Axial­ flucht mit dem Elektromotor (5), angeordnet ist.

13. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem mindestens einen Teil der Leistungsschalter (45) enthaltenden Scheibenmodul (7, 9) mindestens eine Trägerplatte (99) für die Leistungsschalter (45) und ggf. für elektronische Kom­ ponenten der Steuerschaltung (75) oder/und einer die Leistungsschalter (45) treibenden Treiberschaltung insbesondere im wesentlichen ortho­ gonal zur Scheibenebene gehalten sind und daß die Trägerplatte (99) eine Wand eines in den Kühlmittelkreislauf (49) eingebundenen Kühlmittel­ kanals (101) bildet.

14. Antriebsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (99) eine elektrisch isolierende Isolierplatte (107), ins­ besondere aus Keramik oder emailliertem Stahl umfaßt, auf deren einer, dem Kühlmittelkanal (101) zugewandten Flachseite eine Metallschicht (109), insbesondere Kupferschicht, flächig aufgebracht ist und auf deren anderer Flachseite die Leistungsschalter (45) und ggf. weitere elektronische Komponenten angeordnet sind.

15. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Scheibenmodul (7, 9, 13) ein annähernd topfförmiges Gehäuse (91) mit einem Gehäuseboden (93) und einem den Gehäuseboden (93) umschließenden Gehäusemantel (95) umfaßt und daß der Gehäuseboden (93) eine Wand eines in den Kühlmittel­ kreislauf (49) eingebundenen Kühlmittelkanals (101) bildet.

16. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leistungsschalter (45) in Zirkulationsrichtung des Kühlmittelkreislaufs (49) vor dem Elektromotor (5) in Wärmetausch­ kontakt mit dem Kühlmittel stehen.

17. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Paare miteinander verbundener benachbarter Modul- Baueinheiten (3, 7; 7, 9; 9, 13) in ihrer Verbindungsebene ein von Paar zu Paar gleiches Schnittstellenbild zumindest hinsichtlich der elek­ trischen Schnittstellenanschlüsse (85) und der Kühlmittel-Schnitt­ stellenanschlüsse (63) aufweisen.