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Title:
ASSEMBLY FOR A VEHICLE, AND METHOD FOR DIMENSIONING THE ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/210510
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an assembly for a motor vehicle comprising an electric machine (EM) in the low-voltage range and a converter (INV), the electric machine (EM) being operated at a rotational speed of between 30.000 and 60000 rotations/min and the assembly (BG) is dimensioned to the space according to at least one design rule.

Inventors:
BÄCK, Wolfgang (Lienemayerstrasse 11, 4064 Oftering, 4064, AT)
Application Number:
EP2018/059746
Publication Date:
November 22, 2018
Filing Date:
April 17, 2018
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA POWERTRAIN GMBH & CO KG (Industriestraße 35, 8502 Lannach, 8502, AT)
International Classes:
H02K5/04; H02K11/33
Foreign References:
JP2011143871A2011-07-28
CN200987085Y2007-12-05
DE102013208976A12014-12-04
EP2961055A12015-12-30
Other References:
ANONYMOUS: "Wrightspeed Unveils Turbine Range Extender For Medium + Heavy-Duty Electric Powertrains | CleanTechnica", 10 May 2015 (2015-05-10), XP055497351, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180803]
ANONYMOUS: "CAMBIANO ENGINEERING < Pininfarina", 18 August 2012 (2012-08-18), XP055497375, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180803]
BRYN RICHARDS ET AL: "driving clean technology SIA 2016 Rouen Developing a Full Electric Turbocharger to Achieve Decoupling of the Turbine and Compressor for Heavy Duty Diesel Engines", 1 January 2016 (2016-01-01), XP055497379, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180803]
Attorney, Agent or Firm:
ZANGGER, Bernd (Magna International Europe GmbH, PatentabteilungLiebenauer Hauptstrasse 317 / VG-Nord, 8041 Graz, 8041, AT)
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Claims:
Ansprüche

1 . Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und

60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach mindestens einer der folgenden Regeln dimensioniert ist:

• Der Durchmesser der elektrischen Maschine D EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Höhe HJNV des Umrichters ausgelegt sein,

· Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Breite des Umrichters BJNV ausgelegt sein,

• Die Länge der elektrischen Maschine, bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses mit dem Gehäuseteil zur Aufnahme der ersten Getriebestufe L_EM soll größer sein oder ungefähr der Länge des Umrichters LJNV entsprechen. · Die Länge der Aktivteile L_EMact der elektrischen Maschine inklusive der Wickelköpfe des Stators soll bis zum 0,36- fachen der Länge des Umrichters LJNV betragen,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env der elektrischen Maschine, das mit Außendurchmesser A2*pi/4*Außenlänge berechnet wird, unter Berücksichtigung des Gehäuseteils zur Aufnahme der ersten Getriebestufe soll bis zum zweifachen des einhüllenden Volumens V_INV_env des Umrichters betragen,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env, das mit Außendurchmesser

A2*pi/4*Außenlänge berechnet wird, der Aktivteile der elektrischen Maschine was die Wickelköpfe des Stators einschließt, soll bis zum 0,47 fachen des ein- hüllenden Volumens des Umrichters V INV env sein.

2. Baugruppe für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verhältnisse der Größen, die in den Regeln genannt sind, exakt vorliegen. 3. Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach der folgenden Regel dimensioniert ist:

· Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Höhe HJNV des Umrichters ausgelegt sein.

4. Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach der folgenden Regel dimensioniert ist:

Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Breite des Umrichters BJNV ausgelegt sein. 5. Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach der folgenden Regel dimensioniert ist:

Die Länge der elektrischen Maschine, bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses mit dem Gehäuseteil zur Aufnahme der ersten Getriebestufe L_EM soll größer sein oder ungefähr der Länge des Umrichters LJNV entsprechen.

6. Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach der folgenden Regel dimensioniert ist:

Die Länge der Aktivteile L_EMact der elektrischen Maschine inklusive der Wickelköpfe des Stators soll bis zum 0,36- fachen der Länge des Umrichters LJNV betragen. 7. Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach der folgenden Regel dimensioniert ist: Das einhüllendes Volumen V_EM_env der elektrischen Maschine, das mit Außendurchmesser A2*pi/4*Außenlänge berechnet wird, unter Berücksichtigung des Gehäuseteils zur Aufnahme der ersten Getriebestufe soll bis zum zweifachen des einhüllenden Volumens V_INV_env des Umrichters betragen.

8. Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach der folgenden Regel dimensioniert ist:

Das einhüllendes Volumen V_EM_env, das mit Außendurchmesser A2*pi/4*Au- ßenlänge berechnet wird, der Aktivteile der elektrischen Maschine was die Wickelköpfe des Stators einschließt, soll bis zum 0,47fachen des einhüllenden Volumens des Umrichters V INV env sein.

9. Verfahren zur Auslegung einer Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV) wobei die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach mindestens einer der folgenden Regeln dimensioniert wird:

• Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM wird bis zum 1 ,6 fachen der Höhe HJNV des Umrichters ausgelegt,

• Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM wird bis zum 1 ,6 fachen der Breite des Umrichters BJNV ausgelegt,

• Die Länge der elektrischen Maschine, bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses mit dem Gehäuseteil zur Aufnahme der ersten Getriebestufe L_EM wird ungefähr der Länge des Umrichters LJNV angepasst,

• Die Länge der Aktivteile L_EMact der elektrischen Maschine inklusive der Wickelköpfe des Stators wird bis zum 0,36- fachen der Länge des Umrichters LJNV ausgelegt,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env der elektrischen Maschine, das mit Au- ßendurchmesser A2*pi/4*Außenlänge berechnet wird, unter Berücksichtigung des Gehäuseteils zur Aufnahme der ersten Getriebestufe wird bis zum zweifachen des einhüllenden Volumens V_INV_env des Umrichters ausgelegt,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env, das mit Außendurchmesser

A2*pi/4*Außenlänge berechnet wird, der Aktivteile der elektrischen Maschine was die Wickelköpfe des Stators einschließt, wird bis zum 0,47 fachen des einhüllenden Volumens des Umrichters V_INV_env ausgelegt.

Description:
Baugruppe für ein Fahrzeug und Verfahren zur Auslegung der Baugruppe

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), wobei die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach mindestens einer Design-Regeln dimensioniert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Auslegung der Baugruppe.

Stand der Technik Bei der Herstellung von Antrieben insbesondere für Fahrzeuge ist es Ziel, eine integrierte, bauraum- und gewichtsoptimierte Antriebsgruppe mit entsprechenden Schnittstellen zum Fahrzeug (CAN, LIN, etc.) zur Verfügung zu stellen. Es stünde somit bei geringem Integrationsaufwand auf Anwenderseite ein vollintegrierter elektrischer Antrieb beispielsweise für folgende Anwendungen zur Verfügung: Hybridfahrzeuge mit ERAD (electric rear axie drive), batterieelektrische Fahrzeuge mit Front- oder Heckantrieb (BEV) und Baukastensystem für einfache Hybridisierung konventioneller ICE (internal combustion engine) Fahrzeuge.

In einem Hybridelektrokraftfahrzeug sind ein Elektromotor und meistens ein Ottooder Dieselmotor die beiden Energiewandler; ein Akkumulator und ein Kraftstoff- tank oder Gastank sind die beiden Energiespeicher.

Die einzelnen Motoren können auf unterschiedliche Weise zusammenarbeiten: Beim parallelen Antrieb treiben sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor die Antriebsräder an. Dabei findet eine Leistungsaddition der Antriebsaggregate statt. Der Leistungsfluss erfolgt parallel aus Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor. Beim seriellen Antrieb treibt der Verbrennungsmotor einen Generator an. Der Elektromotor wiederum nutzt diese elektrische Energie des Generators zum Fahrzeugantrieb. Der Leistungsdruck findet dabei in Serie statt: Verbrennungsmotor, Generator, Motor.

Bei einem leistungsverzweigten Antrieb werden das serielle und das parallele Konzept kombiniert. Hierbei kann der Antrieb entweder nur durch den Elektromotor (serielle Energiewandlung mittels Verbrennungsmotor und Generator) oder durch den Elektromotor mit parallelem Verbrennungsmotor.

Eine weitere Möglichkeit der Hybrid-Technologie ist der Einsatz eines Range Ex- tenders. Dabei handelt es sich um einen kleinen Verbrennungsmotor mit Generator. Bei entladener Batterie liefert er die Energie für den elektrischen Antrieb.

Für die Auslegung des Antriebssystems besteht die Herausforderung elektrische Maschinen mit hohen Leistungen in kleinen Bauräumen unterzubringen.

Beim Einbau einer elektrischen Maschine bestehen vom Automobil-Hersteller starke Bauraumbegrenzungen, da aktuell die Karosseriekomponenten noch für verschiedenste Antrieb benutzt werden.

Gleichzeitig sollen die elektrischen Leistungen des Motors hoch sein. Die Leistun- gen einer elektrischen Maschine lassen sich dabei über verschiedene Wege erhöhen. Die elektrische Maschine kann verlängert oder im Durchmesser des Stators vergrößert werden. Eine weitere Alternative stellt die Erhöhung der Drehzahl einer elektrischen Maschine bestimmter Baugröße dar.

Neben der elektrischen Maschine stelle der Umrichter oder Inverter ein großes Bauteil dar, das für die Baugruppe elektrischer Antrieb verbaut werden muss. Umrichter sind dazu ausgebildet, einen Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom zu wandeln. Damit ist es möglich, beispielsweise mit Gleichstrombatterien hocheffiziente Wechselstromantriebe zu versorgen. Natürlich kann der Stromrichter auch ein Umrichter mit Frequenzwandlung, ein Gleichrichter zur Wandlung von Wechselspannung in Gleichspannung oder ein Gleichspannungswandler (DCDC- Wandler) sein. Unter einem Umrichter wird hier auch eine Kombination aus zwei oder mehr der oben genannten Einzelrichter verstanden.

In der DE 10 2013 208 976 A1 wird das Bauraumproblem durch eine Integration der Umrichterfunktionen in den Elektromotor gelöst.

In der EP 2 910 55 A1 werden Elektromotor und Inverter Wand an Wand zueinander aufgebaut und zu einem Gesamtblock verbaut.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine elektrische Baugruppe für den Antriebs- sträng in einem Fahrzeug vorzuschlagen, der eine optimierte Auslegung von Baugrößen und Leistungen für einen vordefinierten Bauraum erfüllt.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Baugruppe mit einer elektrischen Maschine und einem Umrichter. Eine solche Lösung ist für den alleinigen elektrischen Betrieb in einem Fahrzeug einsetzbar.

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst mit einer Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV) , wobei die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwi- sehen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach mindestens einer der folgenden Regeln dimensioniert ist:

• Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Höhe HJNV des Umrichters ausgelegt sein,

· Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Breite des Umrichters BJNV ausgelegt sein,

• Die Länge der elektrischen Maschine, bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses mit dem Gehäuseteil zur Aufnahme der ersten Getriebestufe L_EM soll größer sein oder ungefähr der Länge des Umrichters LJNV entsprechen, • Die Länge der Aktivteile L_EMact der elektrischen Maschine inklusive der Wickelköpfe des Stators soll bis zum 0,36- fachen der Länge des Umrichters LJNV betragen,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env der elektrischen Maschine, das mit Au- ßendurchmesser A 2 * pi/4 * Außenlänge berechnet wird, unter Berücksichtigung des Gehäuseteils zur Aufnahme der ersten Getriebestufe soll bis zum zweifachen des einhüllenden Volumens V_INV_env des Umrichters betragen,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env, das mit Außendurchmesser

A2 * pi/4 * Außenlänge berechnet wird, der Aktivteile der elektrischen Maschine was die Wickelköpfe des Stators einschließt, soll bis zum 0,47 fachen des einhüllenden Volumens des Umrichters V_INV_env sein.

Die Regeln zur Auslegung der Komponenten der Baugruppe erlauben eine optimale Ausnutzung des Bauraums bei gleichzeitiger hoher Leistungsdichte. Es ist von Vorteil, wenn die Verhältnisse der Größen, die in den Regeln genannt sind, exakt vorliegen. Damit werden die Verhältnisse z.B. der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM ist genau das 1 ,6 fache der Breite des Umrichters BJNV, festgelegt. Diese Verhältnisse beinhalten ein Optimum an Bauraumausnutzung und Leistung.

Vorteilhafterweise wird nur eine Regel benutzt, wobei der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Höhe HJNV des Umrichters ausgelegt sein.

Damit wird eine optimale Ausnutzung der Höhe H des Bauraums durch die

Summe von D EM und H INV erreicht. Vorteilhafterweise wird nur eine Regel benutzt, wobei der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM bis zum 1 ,6 fachen der Breite des Umrichters BJNV ausgelegt sein soll.

Damit wird eine optimale Ausnutzung der Breite B des Bauraums durch die Summe von D_EM und BJNV erreicht.

Vorteilhafterweise wird nur eine Regel benutzt, wobei die Länge der elektrischen Maschine, bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses mit dem Gehäuseteil zur Aufnahme der ersten Getriebestufe L_EM größer ist oder ungefähr der Länge des Umrichters LJNV entsprechen soll. Damit einen optimale Ausnutzung der Tiefe T des Bauraums durch L_EM und LJNV erreicht.

Vorteilhafterweise wird nur eine Regel benutzt, wobei die Länge der Aktivteile L_EMact der elektrischen Maschine inklusive der Wickelköpfe des Stators bis zum 0,36- fachen der Länge des Umrichters LJNV betragen soll. Damit wird ein opti- males Verhältnis für die aktiven Komponenten der elektrischen Maschine zur Bauraumtiefe, in die der Umrichter mit seiner Länge LJNV eingepasst ist, erreicht.

Vorteilhafterweise wird nur eine Regel benutzt, wobei das einhüllendes Volumen V_EM_env der elektrischen Maschine, das mit Außendurchmesser A 2 * pi/4 * Außen- länge berechnet wird, unter Berücksichtigung des Gehäuseteils zur Aufnahme der ersten Getriebestufe bis zum zweifachen des einhüllenden Volumens VJNV_env des Umrichters betragen soll.

Die Volumenregel erreicht, dass im Bauraum deutlich mehr Volumen für die elektrische Maschine als für den Inverter zur Verfügung gestellt wird. Vorteilhafterweise wird nur eine Regel benutzt, wobei das einhüllendes Volumen V_EM_env, das mit Außendurchmesser A 2 * pi/4 * Außenlänge berechnet wird, der Aktivteile der elektrischen Maschine, was die Wickelköpfe des Stators einschließt, soll bis zum 0,47 fachen des einhüllenden Volumens des Umrichters V_INV_env sein.

Die Volumenregel erreicht, dass der aktive Teil der elektrischen Maschine optimiert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist geeignet zur Auslegung einer Baugruppe für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einer elektrischen Maschine (EM) im Niedervoltbereich und einem Umrichter (INV), wobei die elektrische Maschine (EM) mit einer Drehzahl zwischen 30.000 und 60000 Umdrehungen /min betrieben ist und die Baugruppe (BG) im Bauraum nach mindestens einer der folgenden Regeln dimensioniert wird:

• Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM wird bis zum 1 ,6 fachen der Höhe HJNV des Umrichters ausgelegt,

· Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM wird bis zum 1 ,6 fachen der Breite des Umrichters BJNV ausgelegt,

• Die Länge der elektrischen Maschine, bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses mit dem Gehäuseteil zur Aufnahme der ersten Getriebestufe L_EM wird ungefähr der Länge des Umrichters LJNV angepasst,

· Die Länge der Aktivteile L_EMact der elektrischen Maschine inklusive der Wickelköpfe des Stators wird bis zum 0,36- fachen der Länge des Umrichters LJNV ausgelegt,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env der elektrischen Maschine, das mit Außendurchmesser A 2 * pi/4 * Außenlänge berechnet wird, unter Berücksichtigung des Gehäuseteils zur Aufnahme der ersten Getriebestufe wird bis zum zweifachen des einhüllenden Volumens V_INV_env des Umrichters ausgelegt,

• Das einhüllendes Volumen V_EM_env, das mit Außendurchmesser

A2 * pi/4 * Außenlänge berechnet wird, der Aktivteile der elektrischen Maschine was die Wickelköpfe des Stators einschließt, wird bis zum 0,47 fachen des einhüllenden Volumens des Umrichters V_INV_env ausgelegt.

Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Baugruppe im Fahrzeug

Fig. 3 zeigt die Verhältnisse in der Baugruppe.

In Figur 1 wird ein Schnitt durch eine Achse A dargestellt. Ein Inverter INV und eine elektrische Maschine EM bilden eine Baugruppe BG und sind entlang der Fahrzeugkardanwelle, bzw. einer Seitenwelle angeordnet. Der Abstand des Bauraums BR von der Erdoberfläche XE/YE ist durch die Bodenfreiheit des Fahrzeugs bestimmt. Der Bauraum BR steht der Baugruppe BG aus Inverter INV und elektrischer Maschine EM zur Verfügung. Die Höhe H des Bauraums wird in etwa von den äußeren Abmessungen des Elektromotors mit Inverter bestimmt. Der Inverter ist in diesem Ausführungsbeispiel in z-Richtung oberhalb der elektrischen Maschine angeordnet, er kann aber auch jede andere Position an der elektrischen Maschine einnehmen, vor allem auch unterhalb der elektrischen Maschine liegen. An der eklektischen Maschine ist links entlang der Achse A schematisch ein Getriebebauteil GB angedeutet.

Die vereinfachte schematische Darstellung in Fig. 2 zeigt ein Fahrzeug in groben Umrissen mit zwei nicht lenkbaren oder lenkbaren Rädern R1 und R3 an einer Hinterachse oder einer Vorderachse. Das Fahrzeug ist dargestellt in Draufsicht in Relation zu einem erdfesten Koordinatensystem mit den Hauptachsen XE, YE und ZE, wobei die Hauptachsen XE und YE eine Ebene parallel zur Erdoberfläche, auf der sich das Fahrzeug bewegt aufspannen und die dritte Hauptachse ZE aus der Betrachtungsebene heraus, dem Betrachter entgegen gerichtet ist. Die Fahrzeug- ebene ist dabei parallel zur Erdoberfläche XE/YE ausgerichtet.

In die Achse A des Fahrzeugs ist ein Inverter INV und ein Elektromotor EM verbaut. Im Bereich der Achse ist ein Bauraum BR definiert, dessen Abmessungen in diesem Beispiel in der Fahrzeuglängsachse LA auf etwa ein Drittel des Fahrzeugs, bezogen auf die Gesamtlänge des Fahrzeugs limitiert ist.

Mit herkömmlichen 48V E-Maschinen, dem typischen Spannungsniveau unter 60V, die im Drehzahlbereich bis 20.000 U/min arbeiten, ist nur eine begrenzte Leistungsdichte möglich. Bei Hybrid- oder reinen Elektroanwendungen ist aber der Leistungsbedarf mit Anforderungen bis zu 100kW höher. Aktuell werden bei 48V betriebene, permanenterregte Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen mit Drehzahlen bis 20.000 U/min mit einem Außendurchmesser der Aktivteile von mindestens 155 mm, bei Leistungen von über 20 kW verbaut. Diese Maschinen sind aber für den limitierten Bauraum BR viel zu groß.

Der Bauraum BR für die Baugruppe BG im Fahrzeug ist in Breite B, Höhe H und Tiefe T eingeschränkt und extrem klein.

Um den Anforderungen gerecht zu werden, wird bei Spannungslage unter 60 V durch eine Anhebung der Motordrehzahl auf einen Wert zwischen 30000 U/min und 60.000 rpm die geforderte Leistung erzielt, wobei der Durchmesser der elektrischen Maschine nicht über die Bauraumvorgabe vergrößert wird. Um der elektrischen Maschine mit der hohen Leistungsdichte gerecht zu werden, müssen die Umrichter durchaus in Größe und Volumen angepasst. Die Erfindung definiert eine optimale Auslegung der Bauteile der Baugruppe, wobei die Baumgruppe aus dem Elektromotor EM und dem Inverter INV besteht, aber optional auch noch eine erste Getriebestufe am Elektromotor besitzt.

Um eine optimale Anpassung zu erreichen werden folgende Regeln aufgestellt, die die Auslegung der Größen zueinander in einem definierten Bauraum bestimmen. Die Elektrische Maschine wird dabei als Zylinder beschrieben, der Umrichter als Quader. Die aufgeführten sechs Designregeln müssen nicht gleichzeitig angewendet sein, sondern können in Kombinationen realisiert zu optimalen Ergebnissen führen. Allerdings muss mindestens eine der Regeln Anwendung finden. 1 . Durchmesser der elektrischen Maschine zu Höhe des Umrichters

Der Durchmesser der elektrischen Maschine mit einer Drehzahl von 30.000 bis 60000 rpm D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Höhe HJNV des Umrichters ausgelegt sein.

2. Durchmesser der elektrischen Maschine zu Breite des Umrichters Der Durchmesser der elektrischen Maschine D_EM soll bis zum 1 ,6 fachen der Breite des Umrichters BJNV ausgelegt sein.

3. Länge der elektrischen Maschine zu Länge des Umrichters

Die Länge der elektrischen Maschine, bezogen auf die Gesamtlänge des Gehäuses mit dem Gehäuseteil zur Aufnahme der ersten Getriebestufe L_EM soll unge- fähr der Länge des Umrichters LJNV entsprechen.

4. Länge der Aktivteile der elektrischen Maschine (inklusive Wickelköpfen) zu Länge des Umrichters

Die Länge der Aktivteile L_EMact der elektrischen Maschine inklusive der Wickelköpfe des Stators soll bis zu nur bis zu 0,36 fachen der Länge des Umrichters LJNV betragen. 5. Einhüllendes Volumen der elektrischen Maschine zu einhüllendem Volumen des Umrichters

Das einhüllendes Volumen V_EM_env der elektrischen Maschine, das mit Außendurchmesser A 2 * pi/4 * Außenlänge berechnet wird unter Berücksichtigung des Ge- häuseteisl zur Aufnahme der ersten Getriebestufe soll bis zum zweifachender einhüllendem Volumen V_INV_env des Umrichters betragen.

6. Einhüllendes Volumen der Aktivteile der elektrischen Maschine zu einhüllendem Volumen des Umrichters

Das einhüllendes Volumen V_EM_env, das mit Außendurchmesser A 2 * pi/4 * Au- ßenlänge berechnet wird, der Aktivteile der elektrischen Maschine was die Wickelköpfe des Stators einschließt, soll bis zum 0,47 fachen des einhüllendem Volumen des Umrichters V_INV_env sein.

Bei der Anwendung einzelner Regeln werden bereits vorteilhafte Ausgestaltungen erzielt. Wendet man mehr als eine Regel an, wird die Auslegung optimiert und der vorhandene Bauraum optimal genutzt.

Das Verfahren zur Auslegung beginnt daher mit der Anwendung einer Regel, um dann gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Regeln anzuwenden und so zu einer Lösung zu kommen.

Bezugszeichenliste

A Achse

R Räder

EM Elektrische Maschine

BR Bauraum

BG Baugruppe

LA Längsachse

T Tiefe Bauraum

H Höhe Bauraum

B Breite Bauraum

INV Inverter/Umrichter

D_EM Durchmesser der elektrischen Maschine

HJNV Höhe des Umrichters

BJNV Breite des Umrichters

L_EM Länge der Aktivteile der elektrischen Maschine

LJNV Länge des Umrichters

L_EMact Länge der Aktivteile elektrischen Maschine V_EM_env Einhüllendes Vo ¬ lumen des EM

V INV env Einhüllendes Volumen des Umrichters