EP4291427A1 - Integrierter achsantrieb und kraftfahrzeug - Google Patents

Integrierter achsantrieb und kraftfahrzeug

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EP4291427A1
EP4291427A1 EP22709614.6A EP22709614A EP4291427A1 EP 4291427 A1 EP4291427 A1 EP 4291427A1 EP 22709614 A EP22709614 A EP 22709614A EP 4291427 A1 EP4291427 A1 EP 4291427A1
Authority
EP
European Patent Office
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sensor
rotor
axle drive
circuit board
electric machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22709614.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andy Holland
Lennart Leopold
Christoph Heukenroth
Henrique RAMOS PEREIRA
Lucas SCHMIEDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Vitesco Technologies Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies Germany GmbH filed Critical Vitesco Technologies Germany GmbH
Publication of EP4291427A1 publication Critical patent/EP4291427A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the invention relates to an integrated axle drive for an at least partially electrically powered motor vehicle.
  • the final drive comprises at least one electrical machine, a transmission and an inverter, the transmission being arranged and/or formed between the electrical machine and the inverter.
  • a rotor position sensor is arranged between the electric machine and the transmission and is electrically connected to the inverter.
  • the invention also relates to a motor vehicle with the axle drive according to the invention.
  • axle drives are known in principle.
  • the known axle drives usually have an electric machine, a transmission and an inverter.
  • the inverter is arranged and/or aligned in a tangential direction to the rotor axis of the electrical machine.
  • Such integrated axle drives have a rotor position sensor in order to detect the rotational position of the rotor. It is provided that the rotor position sensor is arranged on the side of the electric machine facing away from the transmission. This has the advantage that the rotor position sensor can be easily positioned and arranged.
  • the cable of the rotor position sensor is routed out of the housing of the electrical machine and electrically connected to the inverter.
  • a disadvantage of the known arrangement of the rotor position sensor is that the rotor position sensor has to be adjusted as a function of the power of the electrical machine, which can be determined by the rotor length of the electrical machine, among other things.
  • the cable lengths from the rotor position sensor to the inverter then vary depending on the selected rotor length. Due to the increased cable length, some of which is routed outside the housing, the rotor position sensor and the signal line are exposed to increased electromagnetic influences. It is an object of the invention to provide an integrated axle drive with a rotor position sensor for an at least partially electrically driven motor vehicle, wherein the arrangement and/or design of the rotor position sensor can have increased robustness against electromagnetic influences.
  • an integrated final drive for an at least partially electrically driven motor vehicle having an electric machine, which has a rotor mounted so that it can rotate about a rotor axis, a gearbox coupled to the electric machine, and an inverter arranged on the gearbox, which is connected to the electric machine electrically conductively connected, with the transmission being arranged between the electrical machine and the inverter, a multi-part rotor position sensor, with a sensor target arranged and/or formed in a rotationally fixed manner on the rotor and a sensor circuit board arranged on a bearing plate of the electrical machine via an air gap to the sensor target , wherein the bearing plate carrying the sensor board is arranged between the gear and the rotor, and the sensor board is electrically conductively connected to the inverter.
  • an integrated axle drive is provided for an at least partially electrically powered motor vehicle.
  • the final drive is thus preferably arranged in the drive train of a motor vehicle. It is set up and/or designed to drive the motor vehicle.
  • the integrated final drive has an electric machine, a gearbox and an inverter.
  • the electric machine includes at least one by one Rotor axis rotatably mounted rotor, wherein the electrical machine, in particular a rotor shaft of the rotor, is mechanically coupled to the transmission.
  • the inverter is arranged on a side of the transmission facing away from the electric machine and is electrically conductively connected to the electric machine.
  • the electrical machine has a rotor position sensor.
  • the rotor position sensor preferably an inductive sensor, is designed in several parts and includes a sensor target arranged and/or designed in a rotationally fixed manner on the rotor and a sensor circuit board arranged via an air gap to the sensor target on an end shield of the electrical machine.
  • the end shield carrying the sensor circuit board is arranged between the gearbox and the rotor or between the gearbox and the electric machine.
  • the end shield can be designed as an intermediate wall between the transmission and the electrical machine.
  • the end shield can thus preferably be part of a housing of the electrical machine and/or part of a housing of the transmission.
  • the sensor circuit board is electrically connected to the inverter.
  • the electromagnetic influences on the electrically conductive connection of the rotor position sensor can be reduced, so that it has increased accuracy.
  • the selected position of the rotor position sensor between the electric machine and the transmission has no influence on rotor length scaling in order to increase or reduce the power of the electric machine. In this way, the influence of the interface when the power of the electric machine changes is reduced by the selected arrangement of the rotor position sensor.
  • the sensor target preferably has, in the circumferential direction of the rotor, a plurality of sections and/or projections directed inwards or outwards in the radial direction.
  • the sections and/or projections can be arranged and/or formed on a circular ring.
  • a preferred embodiment of the invention is that within the transmission housing a media-tight separate cable bushing is formed from the actual transmission mount, through which the cable, preferably the signal line, is routed between the inverter and the sensor circuit board.
  • the cable or the signal line is not routed through the actual gear chamber, which is filled with oil and has the gear wheels, but rather through a cable bushing that is separate from the gear chamber in a media-tight manner.
  • the external influences on the cable or the signal line and its plug can be reduced, as a result of which the longevity of the electrical connection between the inverter and the sensor circuit board can be increased.
  • the cost of the cable can be reduced since there is no need for increased media tightness of the cable and/or the plug.
  • the sensor circuit board is designed to be media-tight.
  • the sensor circuit board is designed in such a way that it has increased resistance to aggressive environmental media, such as cooling media or oils.
  • a media-tightness of the sensor circuit board can preferably be achieved by a housing or by encapsulating the sensor circuit board. Molding is also referred to as overmolding.
  • the sensor circuit board and any electrical components arranged thereon are at least partially, preferably completely, overmoulded with a plastic, in particular a thermoplastic or duroplastic plastic.
  • the plastic can preferably a be carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or carbon fiber reinforced plastic (CFC).
  • the sensor circuit board can be arranged on the end shield in such a way that it is fixed in a secure position.
  • An advantageous development of the invention lies in the fact that the sensor circuit board is arranged on the end shield in a non-positive manner and/or in a materially bonded manner.
  • a non-positive connection means that the sensor circuit board is arranged via at least one screw, bolt and/or rivet connection on the bearing plate of the electrical machine and/or the intermediate wall between the electrical machine and the transmission.
  • An integral connection is preferably to be understood as meaning an adhesive connection or a bonded connection.
  • the adhesive can be a one-component adhesive or a multi-component adhesive.
  • the sensor target which can preferably also be referred to as a sensor target, is arranged on the rotor in a rotationally fixed manner.
  • the rotor has a rotor shaft and the sensor target is arranged on the rotor shaft in a rotationally fixed manner.
  • the rotor shaft can be designed as a continuous shaft, as a hollow rotor shaft or as a built-up rotor shaft.
  • the target sensor is arranged in a rotationally fixed manner on an outer circumference of the rotor shaft.
  • the sensor target can be seated on the rotor shaft with a press fit. In this way, the sensor target can easily be subsequently arranged on the rotor.
  • the rotor has at least one end disk and the sensor target is arranged on the end disk or is an integral part of the end disk.
  • a laminated core of the rotor can be braced in the longitudinal direction of the rotor via the end plates.
  • the end disks thus delimit the laminated core of the rotor in its axial direction.
  • the sensor target can be arranged or formed on a side of the end disk facing away from the laminated core, that is to say a side of the end disk which faces the bearing plate or the transmission. In this way, the sensor target can be arranged in a space-saving manner.
  • the sensor target is arranged on the end plate in a non-positive manner and/or in a materially bonded manner.
  • a non-positive connection of the sensor target on the end disk is preferably to be understood as a screw, bolt and/or rivet connection.
  • a bonded connection is preferably to be understood as meaning an adhesive connection of the sensor target on the end disk.
  • the sensor target is an integral part of the end disk.
  • the sensor target is formed in the end disk. It is therefore conceivable that the sensor target and the end disk are designed and/or manufactured in one piece.
  • the end plate is made of a metal, preferably aluminum. In this way, the end disk and the sensor target can be manufactured inexpensively and with a reduction in weight.
  • the electrical machine has a stator with a stator winding overhang, and a temperature sensor is arranged on the sensor circuit board and/or is electrically conductively connected to it, the temperature sensor being in thermal contact with the stator winding overhang.
  • a thermal contact of the temperature sensor with the stator winding overhang can be understood as meaning a non-contact arrangement of the temperature sensor with respect to the stator winding overhang or an indirect or direct physical contact of the temperature sensor with the stator winding overhang. With a non-contact arrangement of the temperature sensor to the stator end winding, the thermal contact takes place via the air between the temperature sensor and the stator end winding.
  • the temperature sensor is either direct, i.e. direct, or indirect, i.e. via a Connection element physically contacted with the stator end winding. Due to the specific arrangement of the temperature sensor on the sensor circuit board, the temperature of the electrical machine can be detected in a simple and/or space-saving manner. Any rotor scaling of the rotor length has no effect on the position of the temperature sensor. The influence of the interface when there are changes in the power of the electrical machine can thus be reduced by the selected arrangement of the temperature sensor. In addition, the part costs can be reduced by the temperature sensor integrated on the sensor circuit board.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the temperature sensor is pressed onto the stator end winding via a spring element. In this way, a reliable, subsequent and permanent thermal contact between the temperature sensor and the stator end winding can be provided.
  • the invention also relates to a motor vehicle with the integrated axle drive according to the invention.
  • the motor vehicle is preferably an at least partially electrically powered motor vehicle. It is therefore also conceivable for the motor vehicle to be driven entirely electrically.
  • the axle drive sits in the drive train of the motor vehicle and is set up to drive the motor vehicle.
  • FIG. 2 shows a section through the integrated axle drive, a temperature sensor for detecting a stator temperature being integrated in a rotor position sensor for detecting a rotor position;
  • FIG. 3 shows a section of a three-dimensional view of a rotor in the area of an end disk with an integrated sensor target
  • the integrated final drive 10 has an electric machine 14 , a transmission 16 and an inverter 18 .
  • the electric machine 14 includes a rotor 22 that is mounted such that it can rotate about a rotor axis 20 .
  • the rotor 22 has a rotor shaft 24 with a laminated core 26 that is arranged on the rotor shaft 24 .
  • the laminated core 26 is braced in the axial direction of the rotor 22 via end plates 28 .
  • the electrical machine 14 has a stator 30 which is arranged at a distance from the rotor 22 in the radial direction of the rotor 22 via an air gap. A winding of the stator 30 is guided over a laminated stator core 32 on the end face and is formed into a stator end winding 34 .
  • the rotor shaft 24 of the rotor 22 is mechanically coupled to the transmission 16 (not shown); the transmission 16 is preferably connected directly to the axle shafts of the motor vehicle 12 .
  • the inverter 18 is arranged on a side of the transmission 16 facing away from the electric machine 14 and is electrically conductively connected to the electric machine 14 .
  • a compact, integrated final drive 10 is specified in a multi-part housing.
  • the integrated final drive 10 has a rotor position sensor 36 .
  • the rotor position sensor 36 is designed as an inductive sensor.
  • the inductive rotor position sensor 36 comprises a sensor target 38 arranged in a rotationally fixed manner on the rotor 22, here in particular on the rotor shaft 24, and a sensor circuit board 42 arranged on a bearing plate 40 of the electric machine 14 via an air gap to the sensor target 38.
  • the bearing plate 40 carrying the sensor circuit board 42 is arranged between the transmission 16 and the rotor 22 or between the transmission 16 and the electric machine 14 .
  • the end shield 40 can be designed as an intermediate wall between the transmission 16 , in particular a transmission chamber for accommodating the gears of the transmission, and the electric machine 14 .
  • the sensor circuit board 42 is electrically conductively connected to the inverter 18 via a cable 44, which can also be referred to as a signal line. It is provided that within the gear housing 46 a media-tight separate cable bushing 48 is formed from the actual gear receptacle or gear chamber, through which the cable 44 between the inverter 18 and the sensor circuit board 42 is routed.
  • the cable 44 is not routed through the actual gear chamber filled with oil and containing the gear wheels, but rather through a cable bushing 48 that is separate from the gear chamber in a media-tight manner.
  • the external influences on the cable 44 and its plug can be reduced. whereby the longevity of the electrical connection between the inverter 18 and the sensor circuit board 42 can be increased.
  • the costs of the cable 44 can be reduced since there is no need for an increased media tightness of the cable 44 and/or the plug.
  • the electromagnetic influences on the cable 44 can be reduced, so that the sensor positioning has increased accuracy.
  • FIG. 2 shows a section through the axle drive 10 already integrated from FIG.
  • the integrated axle drive 10 shown in FIG. 2 has a rotor position sensor 36 , a temperature sensor 50 being arranged on the sensor circuit board 42 .
  • the temperature sensor 50 is pressed against the stator end winding 34 of the stator 30 via a spring element 52 .
  • FIG. 3 shows a section of a three-dimensional view of the rotor 22 in the area of the end disk 28 .
  • the sensor target 38 is integrated in the end disk 28 and comprises a circular ring 56 with a plurality of sections 58 and/or projections directed outwards in the radial direction of the rotor 22 .
  • the end disk 28 and the sensor target 38 are formed in one piece.
  • the end disk 28 and the sensor target 38 are made of aluminum.
  • the structural space in the axial direction of the rotor 22 can be reduced as a result of the integral design of the end disk 28 and the sensor target 38 .
  • the weight of the rotor 22 can be reduced by the choice of material. Due to the integral construction of the end disk 28 and the sensor target 38, work steps can be reduced and thus the production costs of the final drive 10 can also be reduced.
  • Motor vehicle 12 has integrated axle drive 10, which is electrically conductively connected to a battery 54 of motor vehicle 12.
  • the transmission 16 is connected to the axle shafts 60 of the Motor vehicle 12 coupled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen integrierten Achsantrieb (10) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (12), aufweisend eine elektrische Maschine (14), die einen um eine Rotorachse (20) rotierbar gelagerten Rotor (22) aufweist, ein mit der elektrischen Maschine (14) gekoppeltes Getriebe (16), einen auf dem Getriebe (16) angeordneten Inverter (18), der mit der elektrischen Maschine (14) elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Getriebe (16) zwischen der elektrischen Maschine (14) und dem Inverter (18) angeordnet ist, einen mehrteilig ausgebildeten Rotorpositionssensor (36), mit einem drehfest auf dem Rotor (22) angeordneten und/oder ausgebildeten Sensorziel (38) und einer über einen Luftspalt zum Sensorziel (38) auf einem Lagerschild (40) der elektrischen Maschine (14) angeordneten Sensorplatine (42), wobei das die Sensorplatine (42) tragende Lagerschild (40) zwischen dem Getriebe (16) und dem Rotor (22) angeordnet ist, und die Sensorplatine (42) elektrisch leitende mit dem Inverter (18) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Integrierter Achsantrieb und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen integrierten Achsantrieb für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Der Achsantrieb umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, ein Getriebe und einen Inverter, wobei das Getriebe zwischen der elektrischen Maschine und dem Inverter angeordnet und/oder ausgebildet ist. Ein Rotorpositionssensor ist zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe angeordnet und elektrisch leitend mit dem Inverter verbunden. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Achsantrieb.
Integrierte Achsantriebe sind grundsätzlich bekannt. Die bekannten Achsantriebe weisen in der Regel eine elektrische Maschine, ein Getriebe und einen Inverter auf. Der Inverter ist dabei in tangentialer Richtung zur Rotorachse der elektrischen Maschine angeordnet und/oder ausgerichtet. Bekannt ist weiterhin, dass derartige integrierte Achsantriebe einen Rotorpositionssensor aufweisen, um die Drehposition des Rotors zu erfassen. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotorpositionssensor auf der dem Getriebe abgewandten Seite der elektrischen Maschine angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Rotorpositionssensor einfach positioniert und angeordnet werden kann. Das Kabel des Rotorpositionssensors wird aus dem Gehäuse der elektrischen Maschine geführt und mit Inverter elektrisch leitend verbunden. Nachteilig bei der bekannten Anordnung des Rotorpositionssensors ist, dass der Rotorpositionssensor in Abhängigkeit der Leistung der elektrischen Maschine, die unter anderem durch die Rotorlänge der elektrischen Maschine festgelegt werden kann, angepasst werden muss. Insbesondere variieren dann die Kabellängen des Rotorpositionssensors zum Inverter abhängig von der gewählten Rotorlänge. Durch die erhöhte Kabellänge, die zum Teil außerhalb der Gehäuse geführt wird, ist der Rotorpositionssensor bzw. die Signalleitung erhöhten elektromagnetischen Einflüssen ausgesetzt. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen integrierten Achsantrieb mit einem Rotorpositionssensor für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitzustellen, wobei die Anordnung und/oder Ausbildung des Rotorpositionssensors eine erhöhte Robustheit gegenüber elektromagnetischen Einflüssen aufweisen kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und/oder Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination eines Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit aus der Beschreibung etwas Gegenteiliges ergibt.
Erfindungsgemäß ist ein integrierter Achsantrieb für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen, aufweisend eine elektrische Maschine, die einen um eine Rotorachse rotierbar gelagerten Rotor aufweist, ein mit der elektrischen Maschine gekoppeltes Getriebe, und einen auf dem Getriebe angeordneten Inverter, der mit der elektrischen Maschine elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Getriebe zwischen der elektrischen Maschine und dem Inverter angeordnet ist, einen mehrteilig ausgebildeten Rotorpositionssensor, mit einem drehfest auf dem Rotor angeordneten und/oder ausgebildeten Sensorziel und einer über einen Luftspalt zum Sensorziel auf einem Lagerschild der elektrischen Maschine angeordneten Sensorplatine, wobei das die Sensorplatine tragende Lagerschild zwischen dem Getriebe und dem Rotor angeordnet ist, und die Sensorplatine elektrisch leitende mit dem Inverter verbunden ist.
Mit anderen Worten ist es ein Aspekt der Erfindung, dass ein integrierter Achsantrieb für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt wird. Der Achsantrieb wird somit vorzugsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Er ist dazu eingerichtet und/oder ausgebildet das Kraftfahrzeug anzutreiben.
Der integrierte Achsantrieb weist eine elektrische Maschine, ein Getriebe und einen Inverter auf. Die elektrische Maschine umfasst zumindest einen um eine Rotorachse rotierbar gelagerten Rotor, wobei die elektrische Maschine, insbesondere eine Rotorwelle des Rotors, mit dem Getriebe mechanisch gekoppelt ist. Der Inverter ist auf einer der elektrischen Maschine abgewandten Seite des Getriebes angeordnet und elektrisch leitend mit der elektrischen Maschine verbunden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine einen Rotorpositionssensor aufweist. Der Rotorpositionssensor, vorzugsweise ein induktiver Sensor, ist mehrteilig ausgebildet und umfasst ein auf dem Rotor drehfest angeordnetes und/oder ausgebildetes Sensorziel und eine über einen Luftspalt zum Sensorziel auf einem Lagerschild der elektrischen Maschine angeordneten Sensorplatine. Der die Sensorplatine tragende Lagerschild ist zwischen dem Getriebe und dem Rotor bzw. zwischen dem Getriebe und der elektrischen Maschine angeordnet. Mit anderen Worten kann der Lagerschild als Zwischenwand zwischen dem Getriebe und der elektrischen Maschine ausgebildet sein. Der Lagerschild kann somit vorzugsweise Bestandteil eines Gehäuses der elektrischen Maschine und/oder Bestandteil eines Gehäuses des Getriebes sein. Die Sensorplatine ist elektrisch leitend mit dem Inverter verbunden ist. Durch die Verbindung von Sensorplatine und Inverter, auf einem kurzen Weg, können die elektromagnetischen Einflüsse auf die elektrische leitende Verbindung des Rotorpositionssensors reduziert sein, so dass dieser eine erhöhte Genauigkeit aufweist. Zudem hat die gewählte Lage des Rotorpositionssensors zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe keinen Einfluss auf eine Rotorlängenskalierung, um die Leistung der elektrischen Maschine zu erhöhen oder zu reduzieren. Auf diese Weise wird durch die gewählte Anordnung des Rotorpositionssensor der Schnittstelleneinfluss bei Leistungsänderungen der elektrischen Maschine reduziert.
Das Sensorziel weist vorzugsweise in Umfangsrichtung des Rotors eine Mehrzahl von in radialer Richtung nach innen oder außen gerichtete Abschnitte und/oder Vorsprünge auf. Die Abschnitte und/oder Vorsprünge können auf einem Kreisring angeordnet und/oder ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass ein Kabel zur elektrisch leitenden Verbindung des Inverters mit der Sensorplatine durch ein Getriebegehäuse des Getriebes geführt ist. Mit anderen Worten wird das Kabel nicht außerhalb des mehrteiligen Gehäuses des integrierten Achsantriebs geführt, sondern auf direktem Weg durch das Getriebegehäuse bzw. dessen Wandungen. Auf diese Weise weist das Kabel, vorzugsweise die Signalleitung zwischen Inverter und Sensorplatine, eine erhöhte Robustheit gegenüber äußeren elektromagnetischen Einflüssen auf.
In diesem Zusammenhang liegt eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass innerhalb des Getriebegehäuses eine von der eigentlichen Getriebeaufnahme mediendicht getrennte Kabeldurchführung ausgebildet ist, durch die das Kabel, vorzugsweise die Signalleitung, zwischen Inverter und Sensorplatine geführt ist. Mit anderen Worten ist das Kabel bzw. die Signalleitung nicht durch die eigentliche, mit Öl gefüllte und die Getriebezahnräder aufweisende Getriebekammer geführt, sondern durch eine von der Getriebekammer mediendicht getrennte Kabeldurchführung. Auf diese Weise können die äußeren Einflüsse auf das Kabel bzw. die Signalleitung und dessen Stecker reduziert werden, wodurch die Langlebigkeit der elektrischen Verbindung zwischen Inverter und Sensorplatine erhöht werden kann. Zudem können die Kosten des Kabels reduziert werden, da auf eine erhöhte Mediendichtheit des Kabels und/oder der Stecker verzichtet werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Sensorplatine mediendicht ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Sensorplatine derart ausgebildet, dass sie eine erhöhte Resistenz gegen aggressive Umgebungsmedien, wie beispielsweise Kühlmedien oder Öle, aufweist. Eine Mediendichtheit der Sensorplatine kann vorzugsweise durch eine Einhausung oder durch ein Umspritzen der Sensorplatine erfolgen. Das Umspritzen wird auch als Overmolden bezeichnet. Beim Umspritzen werden die Sensorplatine und etwaige darauf angeordnete elektrische Bausteine zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig mit einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff, umspritzt. Der Kunststoff kann vorzugsweise ein carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder kohlestofffaserverstärkter Kunststoff (CFC) sein.
Die Sensorplatine kann derart auf dem Lagerschild angeordnet sein, dass diese lagesicher fixiert ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Sensorplatine kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig auf dem Lagerschild angeordnet ist. Unter einer kraftschlüssigen Verbindung ist zu verstehen, dass die Sensorplatine über wenigstens eine Schraub-, Bolzen- und/oder Nietverbindung auf dem Lagerschild der elektrischem Maschine und/oder der Zwischenwand zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe angeordnet ist. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist vorzugsweise eine adhäsive Verbindung bzw. eine Klebeverbindung zu verstehen. Der Kleber kann ein Einkomponenten-Kleber oder ein Mehrkomponenten-Kleber sein.
Das Sensorziel, das vorzugsweise auch als Sensortarget bezeichnet werden kann, ist drehfest auf dem Rotor angeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor eine Rotorwelle aufweist, und das Sensorziel drehfest auf der Rotorwelle angeordnet ist. Die Rotorwelle kann als durchgehende Welle, als Rotorhohlwelle oder auch als gebaute Rotorwelle ausgebildet sein. Denkbar ist, dass das Sensor Ziel auf einem äußeren Umfang der Rotorwelle drehfest angeordnet ist. Beispielsweise kann das Sensorziel im Presssitz auf der Rotorwelle aufsitzen. Auf diese Weise kann das Sensorziel in einfacherweise nachträglich auf den Rotor angeordnet werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rotor wenigstens eine Endscheibe aufweist, und das Sensorziel auf der Endscheibe angeordnet ist oder integraler Bestandteil der Endscheibe ist. Über die Endscheiben kann ein Blechpaket des Rotors in Längsrichtung des Rotors verspannt werden. Die Endscheibe begrenzen somit das Rotorblechpaket des Rotors in dessen axialer Richtung. Auf einer dem Blechpaket abgewandten Seite der Endscheibe, also einer Seite der Endscheibe, die dem Lagerschild bzw. dem Getriebe zugewandt ist, kann das Sensorziel angeordnet oder ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Sensorziel platzsparend angeordnet sein. Denkbar ist, dass das Sensorziel kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig auf der Endscheibe angeordnet ist. Unter einer kraftschlüssigen Verbindung des Sensorziels auf der Endscheibe ist vorzugsweise eine Schraub-, Bolzen und/oder Nietverbindung zu verstehen. Unter einer stoffschlüssigen Verbindung ist vorzugsweise eine Klebeverbindung des Sensorziels auf der Endscheibe zu verstehen.
Alternativ zu der stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Anordnung des Sensorziels auf der Endscheibe kann vorgesehen sein, dass das Sensorziel integraler Bestandteil der Endscheibe ist. Anders ausgedrückt kann vorgesehen sein, dass das Sensorziel in der Endscheibe ausgebildet ist. Denkbar ist somit, dass das Sensorziel und die Endscheibe einstückig ausgebildet und/oder hergestellt sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Endscheibe aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet ist. Auf diese Weise können Endscheibe und Sensorziel preiswert und gewichtsreduzierend hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine einen Stator mit einem Statorwicklungskopf aufweist, und auf der Sensorplatine ein Temperatursensor angeordnet und/oder mit dieser elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Temperatursensor im thermischen Kontakt mit dem Statorwicklungskopf ist. Unter einem thermischen Kontakt des Temperatursensors mit dem Statorwicklungskopf kann eine berührungsfreie Anordnung des Temperatursensors zum Statorwicklungskopf oder eine mittelbare oder unmittelbare physische Kontaktierung des Temperatursensors zum Statorwicklungskopf verstanden werden. Bei einer berührungsfreien Anordnung des Temperatursensors zum Statorwicklungskopf erfolgt der thermische Kontakt über die Luft zwischen Temperatursensor und Statorwicklungskopf. Um die Genauigkeit der Temperaturerfassung zu erhöhen, ist der Temperatursensors entweder unmittelbar, also direkt, oder mittelbar, also über ein Verbindungselement, mit dem Statorwicklungskopf physisch kontaktiert. Durch die konkrete Anordnung des Temperatursensors auf der Sensorplatine kann in einfacher und/oder platzsparender Weise die Temperatur der elektrischen Maschine erfasst werden. Eine etwaige Rotorskalierung des Rotors in dessen Länge hat keinen Einfluss auf die Lage des Temperatursensors. Somit kann durch die gewählte Anordnung des Temperatursensors der Schnittstelleneinfluss bei Leistungsänderungen der elektrischen Maschine reduziert werden. Zudem können durch den auf der Sensorplatine integrierten Temperatursensor die Teilekosten reduziert werden.
In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Temperatursensor über ein Federelement an den Statorwicklungskopf angepresst ist. Auf diese Weise kann eine verlässlich, sich nachstehende und dauerhafte thermische Kontaktierung des Temperatursensors an den Statorwicklungskopf bereitgestellt werden.
Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen integrierten Achsantrieb. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Denkbar ist somit auch, dass das Kraftfahrzeug vollständig elektrisch angetrieben ist. der Achsantrieb sitzt im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs und ist dazu eingerichtet, das Kraftfahrzeug anzutreiben.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Sie sollen den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in den Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Die Ausführungsbeispiele werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen integrierten Achsantrieb;
Fig. 2 einen Schnitt durch den integrierten Achsantrieb, wobei ein einem Temperatursensor zur Erfassung einer Statortemperatur in einem Rotorpositionssensor zur Erfassung einer Rotorlage integriert ist;
Fig. 3 einen Ausschnitt einer dreidimensionale Ansicht eines Rotors im Bereich einer Endscheibe mit einem integrierten Sensorziel;
Fig. 4 ein Kraftfahrzeug dem integrierten Achsantrieb.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen integrierten Achsantrieb 10 für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 12 gezeigt. Der integrierte Achsantrieb 10 weist eine elektrische Maschine 14, ein Getriebe 16 und einen Inverter 18 auf.
Die elektrische Maschine 14 umfasst einen um eine Rotorachse 20 rotierbar gelagerten Rotor 22. Der Rotor 22 weist eine Rotorwelle 24 mit einem auf der Rotorwelle 24 angeordneten Blechpaket 26 auf. Das Blechpaket 26 ist über Endscheiben 28 in axialer Richtung des Rotors 22 verspannt. Des Weiteren weist die elektrische Maschine 14 einen Stator 30 auf, der in radialer Richtung des Rotors 22 über einen Luftspalt beabstandet zum Rotor 22 angeordnet ist. Eine Wicklung des Stators 30 ist stirnseitig über ein Statorblechpaket 32 geführt und zu einem Statorwicklungskopf 34 ausgebildet.
Die Rotorwelle 24 des Rotors 22 ist mit dem Getriebe 16 mechanisch gekoppelt (nicht dargestellt), das Getriebe 16 ist vorzugsweise mit den Achswellen des Kraftfahrzeugs 12 direkt verbunden.
Der Inverter 18 ist auf einer der elektrischen Maschine 14 abgewandten Seite des Getriebes 16 angeordnet und elektrisch leitend mit der elektrischen Maschine 14 verbunden. Auf diese Weise wird ein kompakter, integrierter Achsantrieb 10 in einem mehrteiligen Gehäuse angegeben. Weiterhin ist vorgesehen, dass der integrierte Achsantrieb 10 einen Rotorpositionssensor 36 aufweist. Der Rotorpositionssensor 36 ist im Ausführungsbeispiel als ein induktiver Sensor ausgebildet. Der induktive Rotorpositionssensor 36 umfasst ein auf dem Rotor 22, hier insbesondere auf der Rotorwelle 24, drehfest angeordnetes Sensorziel 38 und eine über einen Luftspalt zum Sensorziel 38 auf einem Lagerschild 40 der elektrischen Maschine 14 angeordneten Sensorplatine 42. Der die Sensorplatine 42 tragende Lagerschild 40 ist zwischen dem Getriebe 16 und dem Rotor 22 bzw. zwischen dem Getriebe 16 und der elektrischen Maschine 14 angeordnet. Mit anderen Worten kann der Lagerschild 40 als Zwischenwand zwischen dem Getriebe 16, insbesondere einer Getriebekammer zur Aufnahme der Zahnräder des Getriebes, und der elektrischen Maschine 14 ausgebildet sein. Die Sensorplatine 42 ist über ein Kabel 44, das auch als Signalleitung bezeichnet werden kann, elektrisch leitend mit dem Inverter 18 verbunden. Dabei ist vorgesehen, dass innerhalb des Getriebegehäuses 46 eine von der eigentlichen Getriebeaufnahme bzw. Getriebekammer mediendicht getrennte Kabeldurchführung 48 ausgebildet ist, durch die das Kabel 44 zwischen Inverter 18 und Sensorplatine 42 geführt ist. Mit anderen Worten ist das Kabel 44 nicht durch die eigentliche, mit Öl gefüllte und die Getriebezahnräder aufweisende Getriebekammer geführt, sondern durch eine von der Getriebekammer mediendicht getrennte Kabeldurchführung 48. Auf diese Weise können die äußeren Einflüsse auf das Kabel 44 und dessen Stecker reduziert werden, wodurch die Langlebigkeit der elektrischen Verbindung zwischen Inverter 18 und Sensorplatine 42 erhöht werden kann. Zudem können die Kosten des Kabels 44 reduziert werden, da auf eine erhöhte Mediendichtheit des Kabels 44 und/oder der Stecker verzichtet werden kann. Des Weiteren können durch die direkte elektrische Verbindung von Sensorplatine 42 und Inverter 18 die elektromagnetischen Einflüsse auf das Kabel 44 reduziert sein, so dass die Sensorpositionierung eine erhöhte Genauigkeit aufweist. Zudem hat die gewählte Lage des Rotorpositionssensors 36 zwischen der elektrischen Maschine 14 und dem Getriebe 16 keinen Einfluss auf eine Rotorlängenskalierung, um die Leistung der elektrischen Maschine 14 zu erhöhen oder zu reduzieren. Auf diese Weise ist durch die gewählte Anordnung des Rotorpositionssensor 36 der Schnittstelleneinfluss bei Leistungsänderungen der elektrischen Maschine 14 reduziert. In Fig. 2 ist ein Schnitt durch den bereits aus Fig. 1 integrierten Achsantrieb 10 gezeigt. Im Unterschied zur Fig. 1 weist der in Fig 2 gezeigte integrierte Achsantrieb 10 einen Rotorpositionssensor 36 auf, wobei auf der Sensorplatine 42 ein Temperatursensor 50 angeordnet ist. Der Temperatursensor 50 wird über ein Federelement 52 gegen den Statorwicklungskopf 34 des Stators 30 gepresst. Auf diese Weise kann eine verlässlich, sich nachstehende und dauerhafte thermische Kontaktierung des Temperatursensors 50 an den Statorwicklungskopf 34 bereitgestellt werden. Zudem können durch den auf der Sensorplatine 42 integrierten Temperatursensor 50 Teilekosten des integrierten Achsantriebs 10 reduziert werden. Überdies kann durch die gewählte Anordnung des Temperatursensors 50 der Schnittstelleneinfluss bei Leistungsänderungen der elektrischen Maschine 14 reduziert werden, da die Lage des Temperatursensors 50 keinen Einfluss auf die Rotorlänge hat.
In Fig. 3 ist ein Ausschnitt einer dreidimensionale Ansicht des Rotors 22 im Bereich der Endscheibe 28 gezeigt. Das Sensorziel 38 ist in der Endscheibe 28 integriert und umfasst einen Kreisring 56 mit einer Mehrzahl von in radialer Richtung des Rotors 22 nach der außen gerichteter Abschnitte 58 und/oder Vorsprünge.
Mit anderen Worten sind die Endscheibe 28 und das Sensorziel 38 einstückig ausgebildet. Vorliegend sind die Endscheibe 28 und das Sensorziel 38 aus Aluminium ausgebildet. Durch die integrale Ausbildung von Endscheibe 28 und Sensorziel 38 kann der Bauraum in axialer Richtung des Rotors 22 reduziert werden. Durch die Materialwahl kann das Gewicht des Rotors 22 reduziert werden. Durch die integrale Bauweise von Endscheibe 28 und Sensorziel 38 können Arbeitsschritte reduziert und somit auch Herstellungskosten des Achsantriebs 10 reduziert werden.
In Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 12 gezeigt das Kraftfahrzeug 12 weist den integrierten Achsantrieb 10 auf, der elektrisch leitend mit einer Batterie 54 des Kraftfahrzeugs 12 verbunden ist. Das Getriebe 16 ist mit den Achswellen 60 des Kraftfahrzeugs 12 gekoppelt.

Claims

Patentansprüche
1 . Integrierter Achsantrieb (10) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (12), aufweisend eine elektrische Maschine (14), die einen um eine Rotorachse (20) rotierbar gelagerten Rotor (22) aufweist, ein mit der elektrischen Maschine (14) gekoppeltes Getriebe (16), einen auf dem Getriebe (16) angeordneten Inverter (18), der mit der elektrischen Maschine (14) elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Getriebe (16) zwischen der elektrischen Maschine (14) und dem Inverter (18) angeordnet ist, einen mehrteilig ausgebildeten Rotorpositionssensor (36), mit einem drehfest auf dem Rotor (22) angeordneten und/oder ausgebildeten Sensorziel (38) und einer über einen Luftspalt zum Sensorziel (38) auf einem Lagerschild (40) der elektrischen Maschine (14) angeordneten Sensorplatine (42), wobei das die Sensorplatine (42) tragende Lagerschild (40) zwischen dem Getriebe (16) und dem Rotor (22) angeordnet ist, und die Sensorplatine (42) elektrisch leitende mit dem Inverter (18) verbunden ist.
2. Integrierter Achsanrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Kabel (44) zur elektrisch leitenden Verbindung des Inverters (18) mit der Sensorplatine (42) durch ein Getriebegehäuse (46) des Getriebes (16) geführt ist.
3. Integrierter Achsanrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Getriebegehäuses (46) eine von der eigentlichen Getriebeaufnahme mediendicht getrennte Kabeldurchführung (48) ausgebildet ist, durch die das Kabel (44) zwischen Inverter (18) und Sensorplatine (42) geführt ist.
4. Integrierter Achsanrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplatine (42) kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig auf dem Lagerschild (40) angeordnet ist.
5. Integrierter Achsanrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (22) eine Rotorwelle (24) aufweist, und das Sensorziel (38) drehtest auf der Rotorwelle (24) angeordnet ist.
6. Integrierter Achsanrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) wenigstens eine Endscheibe (28) aufweist, und das Sensorziel (38) auf der Endscheibe (28) angeordnet ist oder integraler Bestandteil der Endscheibe (28) ist.
7. Integrierter Achsanrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endscheibe (28) aus einem Metall, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet ist.
8. Integrierter Achsanrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (14) einen Stator (30) mit einem Statorwicklungskopf (34) aufweist, und auf der Sensorplatine (42) ein Temperatursensor (50) angeordnet und/oder mit dieser elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Temperatursensor (50) im thermischen Kontakt mit dem Statorwicklungskopf (34) ist.
9. Integrierter Achsanrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (50) über ein Federelement (52) an den Statorwicklungskopf (34) angepresst ist.
10. Integrierter Achsanrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorpositionssensor (36) ein induktiver Sensor ist.
11. Kraftfahrzeug (12) mit einem integrierten Achsantrieb (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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