mit einer Fluidkühlanordnung

Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .

Ein solches Antriebsmodul ist bereits mit der DE 10 2014 220 835 A1 bekannt ge- worden und umfasst dort eine als Innenläufer ausgebildete Elektromaschine mit ei- nem Stator, welcher an einem Statorträger angeordnet ist und mit diesem im Wärmeaustauschkontakt steht und mit einem innerhalb des Stators angeordneten und drehbar gelagerten Rotor. Weiterhin ist bei diesem Antriebsmodul in einem zentralen Bauraum innerhalb des Rotors eine Elektronikbaugruppe, insbesondere eine Leistungselektronik zur Ansteuerung der elektrischen Maschine vorgesehen, welche mit einem im Wesentlichen zylindrischen Elektronikkühlkörper im Wärmeaustauschkon- takt steht. Zur Abfuhr einer Verlustwärme aus dem Antriebsmodul ist eine Fluidkühl- anordnung zur Kühlung des Stators und der Elektronikbaugruppe vorgesehen, wobei an dem Statorträger und an dem Elektronikkühlkörper miteinander in Fluidverbindung stehende Fluidkanäle ausgebildet sind.

Der Statorträger und der Elektronikkühlkörper sind dabei einteilig ausgeführt und weisen eine komplexe Geometrie auf, die fertigungstechnisch hohe Anforderungen stellt.

Die Erfindung stellt sich von dem genannten Stand der Technik ausgehend die Aufgabe, ein fertigungstechnisch vereinfachtes und kostengünstigeres Antriebsmodul darzustellen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Antriebsmodul durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnehmbar. Gemäß der Erfindung wird ein Antriebsmodul der eingangs genannten Art vorge- schlagen, bei welchem der Elektronikkühlkörper als ein vom Statorträger separates Bauelement ausgebildet und mit dem Statorträger verbunden ist.

Bei einer separaten Ausbildung der genannten Elemente können diese zunächst auf der Basis einfacher Halbzeuge wie Hohlzylinder, Vollzylinder, Ronden oder ebener Bleche gefertigt werden. Die in den Elementen vorgesehen Fluidkanäle können be- vorzugt im Bereich der Oberfläche durch eine spanende Bearbeitung und/oder durch Umformverfahren eingebracht werden, so dass auf gießtechnische Verfahren weitgehend verzichtet werden kann. Die im Basismaterial von Statorträger und Elektronikkühlkörper geschaffenen Fluidkanäle können anschließend mittels vergleichswei- se einfach geformter Deckelemente, wie Rohre oder Scheiben fluiddicht verschlos- sen werden. Der Elektronikkühlkörper kann bevorzugt gleichzeitig auch eine Monta- gebasis bzw. einen Träger für die Elektronikbaugruppe darstellen. Daran angeordnete und zu kühlende elektronische Bauelemente können sich von einer Platine in axialer Richtung in einen Aufnahmeraum der elektrischen Maschine hinein und/oder in die entgegengesetzte Richtung erstrecken

Die erzeugten Fluidkanäle können beim Zusammenfügen von Statorträger und Elekt- ronikkühlkörper strömungsmäßig in Reihe oder parallel geschaltet bzw. angeordnet sein. Die Fluidkühlanordnung umfasst in üblicher Art und Weise einen Fluideinlass und einen Fluidauslass, welche einerseits entweder beide am Statorträger oder am Elektronikkühlköper oder andererseits am Statorträger und am Elektronikkühlköper ausgeführt sein können. Bei einer Reihenschaltung können beispielweise der Fluideinlass am Statorträger und der Fluidauslass am Elektronikkühlköper ausgebildet sein. Das erläuterte Antriebsmodul ist insbesondere zum Antreiben eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs vorgesehen.

Gemäß einer Ausführungsform des Antriebsmoduls kann der Elektronikkühlkörper als Lagerschild zur Lagerung des Rotors ausgebildet sein und dazu in einer Zentralausnehmung einen Lagersitz zur Anordnung eines Lagers, insbesondere eines Wälz- lagers aufweisen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Lagerschild im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sein, wobei Fluidkanäle des Elektronikkühlkörpers fertigungstechnisch vorteilhaft innerhalb einer lateralen Oberfläche des Lagerschilds als axial offene Nuten ausgeführt und mit einem Deckelement fluiddicht verschlossen sind. Zur Erzeugung einer symmetrischen Temperaturverteilung in dem Elektro- nikkühlkörper kann dort ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Fluidkanal ausgebildet sein, insbesondere mit einer ringförmigen, ringschleifenförmigen, schnecken- förmigen oder beispielweise mäanderförmigen Gestalt.

Mit weiterem Vorteil kann der Statorträger eine hohlzylindrische Gestalt und einen schalenförmigen Kühlmantel aufweisen, wozu an einem inneren oder äußeren Um- fangsflächenbereich zur Ausbildung von zumindest einem Fluidkanal eine sich in Umfangsrichtung erstreckende radiale Ausnehmung ausgebildet ist, welche durch ein Schalenelement fluiddicht verschlossen sein kann. Die Umfangsfläche kann je nach Bauart der elektrischen Maschine eine Innen- oder Außenumfangsfläche sein, wobei diese bei einem Innenläufermotor als eine Au ßenumfangsfläche und bei einem Au ßenläufermotor als eine Innenumfangsfläche ausgebildet ist.

Zur Verbindung der im Statorträger und im Elektronikkühlkörper vorgesehenen Fluid- kanäle ist zwischen diesen ein zumindest teilweise oder vollständig innerhalb der Grundkörper geführter Verbindungskanal ausgebildet. Dabei kann weiter einem ge- genseitigen Verbindungsbereich von Statorträger und Elektronikkühlkörper ein Fluidleitelement vorgesehen sein, welches einen gerichteten Fluiddurchtritt zwischen den vorgenannten Elementen ermöglicht. Bei einem vollständig innerhalb der Grundkör- per ausgebildeten Verbindungskanal kann auf extern verlegte Fluidkanalabschnitte verzichtet werden. Die Verbindung von Statorträger und Elektronikkühlkörper kann als eine lösbare Verbindung, insbesondere als eine Schraubverbindung ausgeführt sein.

Mit Vorteil können die im Verbindungsbereich gegenseitig angrenzenden und verbundenen Fluidkanalabschnitte in axialer oder radialer Richtung erstrecken. Bei einer radialen Anordnung können beispielsweise ein Fluideinlass und ein Fluidauslass montagefreundlich an der äußeren Umfangsfläche des Statorträgers vorgesehen werden. Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Elektronikkühl- körper mit einer äußeren Umfangsfläche innerhalb einer inneren Umfangsfläche des Statorträgers anzuordnen und wobei sich zumindest ein Fluidkanalabschnitt im We- sentlichen radial durch den Statorträger in den Elektronikkühlkörper erstreckt.

Gemäß einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausführungsform kann das Fluidlei- telement als ein Einsatzteil ausgebildet sein, welches in gegenseitig fluchtende Ausnehmungen des Statorträgers und des Elektronikkühlkörpers eingesetzt ist und eine der Ausnehmungen einseitig verschließt und im Verbindungsbereich angeordnete Fluidkanalabschnitte von Statorträger und Elektronikkühlkörper strömungsmäßig verbindet.

Die Fluidkanäle im Statorträger und im Elektronikkühlkörper sind jeweils als strö- mungsmäßig in Reihe geschaltete Ringkanäle ausgebildet, wobei die Anschlussbereiche für den Fluideinlass und den Fluidauslass am Statorträger angeordnet sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den Figuren dargestellten Ausführungsform beispielhaft erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsmoduls mit einer Elektroma- schine, einer Elektronikbaugruppe und einer Fluidkühlanordnung,

Fig. 2 ein Ausschnitt des Antriebsmoduls von Fig. 1 mit einem an einem Statorträ- ger ausgebildeten Fluideinlasses der Fluidkühlanordnung,

Fig. 3 eine Radialschnittdarstellung des Antriebsmoduls von Fig. 1 im Bereich eines Lagerschildes der Elektromaschine,

Fig. 4 ein Ausschnitt des Antriebsmoduls von Fig. 1 mit der in einem Verbindungs- bereich des Lagerschildes mit einem Statorträger ausgebildeten Fluidkühlan- ordnung, Fig. 5 ein Ausschnitt des Antriebsmoduls von Fig. 1 mit einem am Statorträger ausgebildeten Fluidauslass der Fluidkühlanordnung.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Antriebsmodul 10, welches insbe- sondere zum Antrieb eines Hybrid- oder ein Elektrofahrzeugs vorgesehen ist. Das Antriebsmodul 10 umfasst eine als Innenläufer ausgebildete Elektromaschine 12, eine Elektronikbaugruppe 28 zur Ansteuerung der Elektromaschine 12 und eine gemeinsame Fluidkühlanordnung 32 zur Abführung der beim Betrieb des Antriebsmo- duls 10 anfallenden Verlustwärme. Die Elektromaschine 12 umfasst in üblicher weise einen Stator 16, welcher an einem Statorträger 16a angeordnet ist und mit diesem im Wärmeaustausch kontakt steht und weiter einen zu dem Stator 16 drehbar gelagerten Rotor 14. Der Rotor 14 ist dazu mittels eines Rotorträgers 14a mit einer Ro- torwelle 14b verbunden, welche mittels Lager 22, 24 in zwei axial beabstandeten Lagerschilden 18, 20 abgestützt ist.

Die Elektronikbaugruppe 28 ist als eine Leistungselektronik mit einem Inverter ausgeführt und umfasst dazu entsprechende elektronische Bauelemente wie Leistungs- halbleiterschalter, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen, welche hier nicht im Detail dargestellt und auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind, die an ei- nem Elektronikkühlkörper 30 festgelegt ist und mit diesem im Wärmeaustauschkontakt steht. Wie in Fig. 1 erkennbar, ist das Lagerschild 18 gleichzeitig als Elektro- nikkühlkörper 30 und gegenüber dem Statorträger als ein separates Bauelement ausgebildet und weiter mit zeichnerisch nicht dargestellten Schraubbolzen mit die- sem verschraubt.

Die bereits erwähnte Fluidkühlanordnung 32 umfasst einen am Außenumfang des Statorträgers 16a ausgebildeten Fluideinlass 34, einen ebenso so dort vorgesehenen Fluidauslass 36 und eine Mehrzahl von an dem Statorträger 16a und an der Elektronikkühlkörper 30 ausgebildeten und miteinander in Fluidverbindung stehenden Fluidkanälen 38a-i, welche in deren Gesamtheit eine Fluidkanalanordnung 38 ausbilden. Die Fluidkanäle 38a-i sind strömungsmäßig in Reihe geschaltet. Ein Kühlfluid kann über ein den Fluideinlass 34 ausbildendes Einstreckrohr 34a in einen im Statorträger 16a eingebrachten Fluidkanal 38a eintreten, um dann weiter im Einstreckrohr 34 a verlaufend in einen Fluidkanal 38 des Lagerschilds 18 überzutreten. Beide Fluidkanäle 38a, 38b sind als gegenseitig fluchtende Radialbohrungen ausgeführt, in welche das Einsteckrohr 34a mittels O-Ringdichtungen 40, 42 fluiddicht eingeführt ist.

Das Lagerschild 18 ist im Wesentlichen scheibenförmig, insbesondere kreisscheibenförmig ausgebildet und ist mittels einer am äußeren Umfangsbereich vorgesehe- nen Durchmesserstufe in den hohlzylinderförmigen Statorträger 16a eingesetzt. Das Lagerschild 18 und der Statorträger können bevorzugt, jedoch nicht zwangsläufig aus demselben Werkstoff gefertigt sein, beispielsweise aus einer Aluminium- oder einer Stahllegierung. Der Elektronikkühlkörper 30 bzw. das Lagerschild 18 ist somit mit einer äußeren Umfangsfläche 18a innerhalb einer inneren Umfangsfläche 16b des Statorträgers 16a angeordnet und dadurch zentriert und weiter mittels einer Lateralfläche 18b, die am Statorträger 16a an einer Anschlagsfläche 16c anliegt, axial positioniert.

Der im Durchmesser gestufte und nach radial innen verlaufende Fluidkanal 38b mündet in einem Anfangsbereich eines innerhalb einer lateralen Oberfläche des Lagerschilds 18 als axial offene Nut ausgeführten Fluidkanals 38c. Der Fluidkanal 38c erstreckt sich wie in Fig. 3 erkennbar, zunächst mit einem radial äußeren Abschnitt im Elektronikkühlkörper 30 ringförmig in Umfangsrichtung nahezu um 360 bis zu einer Umkehrposition 44 und von dort unter Ausbildung einer 180°-Schleife mit einem radial inneren Abschnitt wieder zurück bis zu einem Endbereich, welcher dem An- fangsbereich umfangsmäßig benachbarten ist. Der Fluidkanal 38c ist insgesamt mit einem im Querschnitt C-förmigen Deckelement 46 fluiddicht verschlossen.

Das Fluid kann weiter vom Endbereich des Fluidkanals 38c in einen wiederum im Lagerschild 18 als Radialbohrung ausgeführten Fluidkanal 38d und in einen damit fluchtenden, im Statorträger 16a gleichfalls als Radialbohrung vorliegenden Fluidkanal 38e eintreten und über einen radial ansteigenden Fluidkanal 38 in einen ringför- migen Fluidkanal 38g eines am Statorträger 16 ausgebildeten Kühlmantels 52 geleitet werden.

Der Fluidkanal 38e fungiert somit als ein Verbindungskanal zwischen dem Lager- schild 18 bzw. dem Elektronikkühlköper 30 und dem Statorträger 16a, wobei in dem gegenseitigen Verbindungsbereich von Statorträger 16a und dem Elektronikkühlkörper 30 bzw. dem Lagerschild 18 ein Fluidleitelement 48 vorgesehen ist, welches einen gerichteten Fluiddurchtritt zwischen den vorgenannten Elementen ermöglicht.

Das Fluidleitelement 48 als ein separates Teil und insbesondere als ein Einsatzteil ausgebildet, welches von radial außen in gegenseitig fluchtende radiale Ausneh- mungen 16d; 18c des Statorträgers 16a und des Elektronikkühlkörpers 30 eingesetzt und axial mittels eines Anschlags in Form einer Durchmesserstufe 18d und mittels eines Sicherungsrings 50 festgelegt ist. Das Fluidleitelement 48 weist eine becher- förmige zylindrische Gestalt auf und verbindet die im Verbindungsbereich angeordneten Fluidkanalabschnitte 38d-f strömungsmäßig, das Fluidleitelement 48 weist radial außen einen geschlossenen Boden 48a auf, welcher die Ausnehmung 16d verschließt. Zum Austritt des Fluids aus dem Einsatzelement 48 in Richtung des Fluid- kanals 38f sind an diesem auf Höhe des Statorträgers 16 mehrere radiale Austrittsöffnungen 48e vorgesehen, welche am Außenumfang gemeinsam in eine dort ausgebildete Ringnut 48f münden. Das Fluid kann sich in dieser Ringnut 48f sammeln und von dieser in den Fluidkanal 38f überführt werden. Zur Vermeidung eines Fluidaustritts aus der Fluidkühlanordnung sind zwischen dem Einsatzelement und dem Lagerflansch 18 bzw. dem Statorträger 16a Dichtelemente 48b, c, d vorgesehen.

Der am Statorträger 16a ausgebildete Fluidkanal 38g ist innerhalb eines schalenförmigen Kühlmantels 52 realisiert, wozu an einem äußeren Umfangsflächenbereich des Statorträgers 16a eine nutförmige radiale Ausnehmung 16e ausgebildet ist, die sich etwa über die gesamte axiale Breite des Stators 16 und etwa vollständig in Umfangsrichtung erstreckt. Zur Bildung des Kühlmantels 52 ist die Ausnehmung 16e durch ein im Wesentlichen zylinderförmiges Schalenelement 54 und axial beidseitig eingelegten Dichtelementen fluiddicht verschlossen, von denen in den Fig. 2, 4 und 5 jeweils nur ein Dichtelement 56 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 5 kann das Fluid den Kühlmantel 52 bzw. den Fluidkanal 38g über einen schräg nach radial innen verlaufenden Fluidkanal 38h wieder verlassen, um schließen in einen als radiales Sackloch ausgebildeten Fluidkanal 38i einzutreten, welcher teilweise in dem den Fluidauslass 36 bildenden Einstreckrohr 36a verläuft.

Bezugszeichen Antriebsmodul 34 Fluideinlass

Elektromaschine 34a Einsteckrohr Rotor 36 Fluidauslassa Rotorträger 36a Einsteckrohrb Rotorwelle 38 Fluidkanalanordnung Stator 38a-i Fluidkanälea Statorträger 40 O-Ringdichtungb innere Umfangsfläche 42 O-Ringdichtungc Anschlagfläche 44 Umkehrpositiond Ausnehmung 46 Deckelemente Ausnehmung 48 Kühlmantel

Lagerschild 48 Fluidleitelementa äußere Umfangsfläche 48a Boden

b Lateralfläche 48b-d Dichtelementc Ausnehmung 48e Austrittsöffnung Lagerschild 48f Ringnut

Lager 50 Sicherungsring Lager 52 Kühlmantel

Elektronikbaugruppe 54 Schalenelement Elektronikkühlkörper 56 Dichtelement Fluidkühlanordnung