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Title:
DRIVE ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/162361
Kind Code:
A1
Abstract:
Drive arrangement comprising an N-phase electric machine, an N-phase inverter and a phase connection with N phase conductors, N being greater than 1 and each phase of the inverter being associated with a specific phase of the electric machine, each phase of the inverter being connected to the associated phase of the electric machine via one phase conductor, the phase conductors of the phase connection being formed by profiled elements.

Inventors:
COSIC ERICH (AT)
HERICS ZOLTAN (HU)
Application Number:
PCT/EP2017/052841
Publication Date:
September 28, 2017
Filing Date:
February 09, 2017
Export Citation:
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Assignee:
MAGNA POWERTRAIN GMBH & CO KG (AT)
International Classes:
H02K5/22; H02K11/33
Domestic Patent References:
WO2002087057A12002-10-31
Foreign References:
KR20100102453A2010-09-24
DE202007009915U12007-09-20
GB359364A1931-10-22
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ZANGGER, Bernd (AT)
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Claims:
Patentansprüche

Antriebsanordnung umfassend eine N-phasige elektrische Maschine, einen N-phasigen Inverter und eine Phasenanbindung (1) mit N Phasenleitern (2, 2', 2"), wobei N größer 1 ist und jede Phase des Inverters einer bestimmten Phase der elektrischen Maschine zugeordnet ist und jede Phase des Inverters über jeweils einen Phasenleiter (2, 2', 2") mit der jeweiligen Phase der elektrischen Maschine verbunden ist,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Phasenleiter (2, 2', 2") der Phasenanbindung (1) aus Profilen gebildet sind.

Antriebsanordnung nach Anspruch 1 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Phasenanbindung (1) ein Trägerelement (3) aufweist, wobei die Phasenleiter (2, 2', 2") auf dem Trägerelement (3) angeordnet sind.

Antriebsanordnung nach Anspruch 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Trägerelement (3) aus einem elektrisch nicht leitenden Material gefertigt ist.

Antriebsanordnung nach Anspruch 2 oder 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Trägerelement (3) einen zentralen Hohlraum (10) aufweist. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Trä- gerelement (3) einen ersten Abschnitt (4) und einen zweiten Abschnitt (5) umfasst, wobei der erste Abschnitt (4) und der zweite Abschnitt (5) koaxial angeordnet sind und der erste Abschnitt (4) den zweiten Abschnitt (5) zumindest teilweise umgibt, wobei der erste Abschnitt (4) des Trägerelements (3) und der zweite Abschnitt (5) des Trägerelements (3) über N Trennelemente (6) fest miteinander verbunden sind.

Antriebsanordnung nach Anspruch 5,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch die Trennelemente (6) zwischen dem ersten Abschnitt (4) des Trägerelements (3) und dem zweiten Abschnitt (5) des Trägerelements (3) N Aufnahmen (7) für jeweils einen Phasenleiter (2, 2', 2") ausgebildet sind.

Antriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Trennelemente (6) jeweils in ihrer Längserstreckung entlang einer Längsachse (11) der Phasenanbindung (1) zumindest gleich lang ausgeführt sind wie die Phasenleiter (2, 2', 2").

Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Phasenanbindung (1) ein Filterelement (9) aufweist.

Antriebsanordnung nach Anspruch 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Filterelement (9) an dem Trägerelement (3) der Phasenanbindung angeordnet ist.

10. Antriebsanordnung nach Anspruch 9,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Filterele- ment (9) an dem ersten Abschnitt (4) des Trägerelements (3), koaxial zu dem ersten Abschnitt (4) des Trägerelements (3) und dem zweiten Abschnitt (5) des Trägerelements (3) angeordnet ist .

11. Antriebsanordnung nach Anspruch 8, 9 oder 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich das Filterelement (9) in eine axiale Richtung erstreckt.

12. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Filterelement (9) aus einem magnetischen Material gefertigt ist.

13. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Antriebsanordnung eine dreiphasige elektrische Maschine und einen dreiphasigen Inverter umfasst.

Description:
Antriebsanordnung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung umfassend eine N- phasige elektrische Maschine, einen N-phasigen Inverter und eine Phasenanbin- dung mit N Phasenleitern, wobei N größer 1 ist und jede Phase des Inverters einer bestimmten Phase der elektrischen Maschine zugeordnet ist und jede Phase des Inverters über jeweils einen Phasenleiter mit der jeweiligen Phase der elektrischen Maschine verbunden ist.

Stand der Technik

Oben genannte Antriebsanordnungen finden insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik Anwendung. Dabei werden elektrische Maschinen von leistungselektronischen Bauteilen, nämlich Invertern, mit elektrischer Energie gespeist. Die elektrische Maschine weist einen Stator, der mehrere Wicklungen trägt, auf. Jeder Wicklung des Stators ist einer Phase der elektrischen Maschine zugeordnet und jede Phase der elektrischen Maschine ist wiederum einer Phase des Inverters zugeordnet. Jede Phase des Inverters ist über einen jeweiligen elektrischen Phasenleiter mit der jeweiligen Phase der elektrischen Maschine verbunden.

Der Inverter bezieht üblicherweise Gleichstrom aus einer Energiequelle, wie beispielsweise einer Batterie, und wandelt den Gleichstrom in einen Wechselstrom um, den er an die elektrische Maschine ausgibt. An sämtlichen elektrischen Verbindungen, d.h. an den elektrischen Verbindungen zwischen dem Inverter und der Energiequelle, wie auch an den Phasenleitern zwischen dem Inverter und der elektrischen Maschine liegen hohe Spannungen oder hohe Ströme an.

In der Regel werden die Phasenleiter aus Kupfer-Blechteilen gestanzt, die in meh- reren Verarbeitungsschritten nachbearbeitet, zum Beispiel gebogen, gefräst etc., werden. Daraus ergibt sich eine oftmals aufwendige und kostenintensive Ausgestaltung der Phasenanbindung, insbesondere der Phasenleiter, der Antriebsanordnung.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Antriebsanordnung mit verbesserter, insbesondere kompakter und kostenoptimierter Phasenanbindung zwischen einer N- phasigen elektrischen Maschine und einem N-phasigen Inverter anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kopplungsanordnung Antriebsanordnung umfassend eine N-phasige elektrische Maschine, einen N-phasigen Inverter und eine Phasenanbindung mit N Phasenleitern, wobei N größer 1 ist und jede Phase des Inverters einer bestimmten Phase der elektrischen Maschine zugeordnet ist und jede Phase des Inverters über jeweils einen Phasenleiter mit der jeweiligen Phase der elektrischen Maschine verbunden ist, wobei die Phasenleiter der Phasenanbindung aus Profilen gebildet sind. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung umfasst einen N-phasigen Inverter, eine N-phasige elektrische Maschine sowie eine Phasenanbindung mit N Phasenleitern, wobei N größer 1 ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jede Phase des Inverters einer bestinnnnten Phase der elektrischen Maschine zugeordnet und über jeweils einen Phasenleiter mit der jeweiligen Phase der elektrischen Maschine elektrisch verbunden. Erfindungsgemäß sind die Phasenleiter der Phasenanbindung der Antriebsanordnung als Profilen, insbesondere als Strangpressprofilen, ausgebildet.

Die Profile sind aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise als Metallprofile, gefertigt.

Durch die Ausbildung der Phasenleiter der Phasenanbindung der Antriebsanordnung aus Profilen kann eine einfache sowie kompakte Phasenanbindung geschaffen werden, deren Herstellungskosten reduziert wird. Weiterhin kann durch die Gestaltung der Phasenleiter aus Profilen auf einfache Art und Weise eine Anpas- sung der Stromtragfähigkeit der Phasenleiter erfolgen, indem die Wandstärke der Profile entsprechend gestaltet wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.

Bevorzugt weist die Phasenanbindung der Antriebsanordnung ein Trägerelement auf, wobei die Phasenleiter der Phasenanbindung auf einem Trägerelement angeordnet sind. Das Trägerelement der Phasenanbindung ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie beispielsweise einem polymeren Werkstoff oder einem keramischen Werkstoff, gefertigt.

Durch die Anordnung der Phasenleiter auf einem Trägerelement wird ein mecha- nisch stabiler Aufbau der Phasenanbindung der Antriebsanordnung gewährleistet. Die Ausbildung des Trägerelements aus einem elektrisch nicht leitenden Material verbindet Halte- und Stabilisierungsfunktion des Trägerelements für die Phasenleiter mit einer Isolierfunktion, indem die einzelnen Phasenleiter über die Ausbildung des Trägerelements voneinander isoliert werden.

Das Trägerelement der Phasenanbindung weist bevorzugt einen zentralen Hohlraum auf.

Durch die Ausbildung des zentralen Hohlraums kann auf einfache Art und Weise eine Kühlmittelführung zwischen dem Inverter und der elektrischen Maschine und/oder eine Kühlmittelführung eigens für die Hochspannungsverbindung, d.h. für die Phasenanbindung selbst, insbesondere die Phasenleiter, realisiert werden.

Eine Kühlmittelführung durch den zentralen Hohlraum des zweiten Abschnitts des Trägerelements bewirkt eine Kühlung der Phasenanbindung, insbesondere der Phasenleiter der Phasenanbindung der Antriebsanordnung.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung weist das Trägerelement einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt koaxial angeordnet sind und der erste Abschnitt den zweiten Abschnitt zumindest teilweise umgibt, wobei der erste Abschnitt des Trägerelements und der zweite Abschnitt des Trägerelements über N Trennelemente fest miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind durch die Trennelemente zwischen dem ersten Abschnitt des Trägerelements und dem zweiten Abschnitt des Trägerelements N Aufnahmen für jeweils einen Phasenleiter ausgebildet.

Durch die Ausbildung von Aufnahmen können die Phasenleiter auf einfache Art und Weise zuverlässig an dem Trägerelement angeordnet werden, beispielsweise durch das Einschieben oder Einstecken jeweils eines Phasenleiters in jeweils eine Aufnahme des Trägerelements.

Die Trennelemente sind jeweils in ihrer Längserstreckung entlang einer Längs- achse der Phasenanbindung bevorzugt zumindest gleich lang ausgeführt sind wie die Phasenleiter.

Vermittels der Ausbildung der Trennelemente kann weiterhin eine zuverlässige Isolation der einzelnen Phasenleiter zueinander gewährleistet werden.

Die Phasenanbindung der Antriebsanordnung umfasst bevorzugt ein Filterelement, das vorzugsweise an dem Trägerelement angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Fil- terelement an dem ersten Abschnitt des Trägerelements angeordnet. Das Filterelement ist bevorzugt koaxial zu dem ersten Abschnitt des Trägerelements und dem zweiten Abschnitt des Trägerelements angeordnet und erstreckt sich vorzugsweise in eine axiale Richtung. Die Begrifflichkeit„axial" entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu der Längsachse der Phasenanbindung.

Das Filterelement ist vorzugsweise aus einem magnetischen Material gefertigt. Die Phasenanbindung zwischen dem Inverter und der elektrischen Maschine ist durch elektromagnetische Störspannungen bzw. ströme, hervorgerufen durch die hohen Taktfrequenzen des Inverters, belastet. Diese Störspannungen bzw. Störströme breiten sich als Spannungs- bzw. Stromschwankungen über die einzelnen Phasenleiter in Form von Parasitärkapazitäten mitunter im gesamten Kraftfahr- zeug aus und können die ordnungsgemäße Funktion anderer elektronischer Kraftfahrzeugkomponenten stören.

Vermittels des Filterelements wird eine in Bezug auf Störspannung und/oder Stör- ströme verbesserte Antriebsanordnung dargestellt. Durch die Anordnung des Filterelements an dem Trägerelement, genauer an dem ersten Abschnitt des Trägerelements wird eine besonders kompakte Anordnung gewährleistet, da durch den Aufbau ein insbesondere bauraumoptimiertes Filterelement genutzt werden kann. Weiterhin werden neben Bauraum somit auch Material und insbesondere Kosten gespart.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die Antriebsanordnung eine dreiphasige elektrische Maschine und einen dreiphasigen Inverter. Durch die Anordnung der Phasenleiter zueinander, nämlich bei drei Phasenleitern jeweils drei Segmente von jeweils 120° und bei N-phasigen Anordnungen jeweils 360 N, und einer entsprechenden elektrisch sinnvollen Reihenfolge der Phasenleiter ergibt sich, dass zwischen den einzelnen Phasen der gleiche geometrische Abstand herrscht, wodurch eine optimierte Störfelddämpfung erreicht wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Inn Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer beispielhaften Phasenanbindung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung entlang einer Längsachse der Phasenanbindung.

Fig. 2 zeigt eine A-A Schnittansicht einer beispielhaften Phasenanbindung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung gemäß Fig. 1 . Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Phasenanbindung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.

Fig. 4 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht einer beispielhaften Phasenanbindung einer erfindungsgemäßen Antriebsan- Ordnung.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht von Phasenleitern einer beispielhaften Phasenanbindung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Jede Phase eines Inverters (nicht dargestellt) ist einer bestimmten Phase einer elektrischen Maschine (nicht dargestellt) zugeordnet und über jeweils einen Phasenleiter 2, 2', 2" einer Phasenanbindung 1 mit der jeweiligen Phase der elektrischen Maschine elektrisch verbunden. Die Phasenanbindung 1 , wie in Fig. 1 bis Fig. 4 gezeigt, stellt die elektrische Verbindung zwischen einem dreiphasigen Inverter und einer dreiphasigen elektrischen Maschine dar.

Die Phasenanbindung 1 umfasst drei Phasenleiter 2, 2', 2", nämlich einen ersten Phasenleiter 2, einen zweiten Phasenleiter 2' und einen dritten Phasenleiter 2". Die Phasenleiter 2, 2', 2" sind aus Profilen, wie beispielsweise Strangpressprofilen, gebildet und weisen im Querschnitt jeweils eine Ringsegmentform auf. (Fig. 5)

Weiterhin umfasst die Phasenanbindung 1 ein Trägerelement 3 und ein Filterelement 9.

Das Trägerelement 3 weist einen ersten Abschnitt 4 und einen zweiten Abschnitt 5 auf.

Der erste Abschnitt 4 des Trägerelements 3 ist ringförmig ausgebildet und umgibt den zweiten Abschnitt 5 teilweise außenumfänglich. Der zweite Abschnitt 5 des Trägerelements 3 ist rohrförmig mit einem zentralen Hohlraum 10 ausgebildet. Der Hohlraum 10 kann beispielsweise zur Führung eines Kühlmittels zur Kühlung der Phasenleiter 2, 2', 2" genutzt werden.

Der erste Abschnitt 4 und der zweite Abschnitt 5 sind in Bezug auf eine Längsach- se 1 1 der Phasenanbindung 1 koaxial zueinander angeordnet. Der erste Abschnitt 4 des Trägerelements 3 und der zweite Abschnitt 5 des Trä- gerelements 3 sind über drei Trennelemente 6 fest miteinander verbunden. Die Trennelemente 6 sind in Bezug auf einen Außenumfang 8 des zweiten Abschnitts 5 des Trägerelements 3 und einen Innenumfang 12 des ersten Abschnitts 4 des Trägerelements 3 gleichmäßig beabstandet angeordnet.

Die Trennelemente 6 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einteilig mit dem zweiten Abschnitt 5 des Trägerelements 3 ausgebildet. Die Trennelemente 6 sind an ihren Enden 13 jeweils derart ausgebildet, dass sie mit dem ersten Abschnitt 4 des Trägerelements 3 formschlüssige verbindbar sind.

Durch die drei Trennelemente 6 zwischen dem ersten Abschnitt 4 des Trägerelements 3 und dem zweiten Abschnitt 5 des Trägerelements 3 werden drei Aufnah- men 7 ausgebildet. Jeweils ein Phasenleiter 2, 2', 2" ist in jeweils einer Aufnahme 7 des Trägerelements angeordnet.

Die Kontur einer Aufnahmen 7 entspricht der Außenkontur eines Phasenleiters 2, 2', 2".

Die Phasenleiter 2, 2', 2" sind derart in den Aufnahmen angeordnet, dass sie den gleichen geometrischen Mittelpunkt haben.

Die Trennelemente 6 sind jeweils in ihrer Längserstreckung entlang einer Längs- achse 9 der Phasenanbindung 1 länger ausgeführt als die Phasenleiter 2, 2', 2", jedoch gleich lang wie der zweite Abschnitt 5 des Trägerelements 3.

An dem ersten Abschnitt 4 des Trägerelements 3 ist das Filterelement 9 der Phasenanbindung 1 angeordnet. Das Filterelement 9 ist koaxial zu dem ersten Ab- schnitt 4 des Trägerelements 3 und dem zweiten Abschnitt 5 des Trägerelements 3 angeordnet.

Das Filterelement 9 weist hat den gleichen geometrischen Mittelpunkt, wie die Phasenleiter 2, 2', 2".

Das Filterelement 9 erstreckt sich ausgehend von dem ersten Abschnitt 4 des Trägerelements 3 in eine axiale Richtung. Die Begrifflichkeit„axial" entspricht einer Richtung entlang oder parallel zu der Längsachse 1 1 der Phasenanbindung 1 .

Bezugszeichenliste

1 Phasenanbindung

2 Erster Phasenleiter

2' Zweiter Phasenleiter

2" Dritter Phasenleiter

3 Trägerelement

4 Erster Abschnitt (des Trägerelements)

5 Zweiter Abschnitt (des Trägerelements)

6 Trennelement

7 Aufnahme

8 Außenumfang (des zweiten Abschnitts)

9 Filterelement

10 Zentraler Hohlraum

1 1 Längsachse (der Phasenanbindung)

12 Innenumfang (des ersten Abschnitts)

13 Ende (des Trennelements)